Background Chronic obstructive pulmonary disease and emphysema are a frequent result of long-term smoking, but the exact mechanisms, specifically which types of cells are associated with the lung destruction, are unclear. Methods and Findings We studied different subsets of lymphocytes taken from portions of human lungs removed surgically to find out which lymphocytes were the most frequent, which cell-surface markers these lymphocytes expressed, and whether the lymphocytes secreted any specific factors that could be associated with disease. We found that loss of lung function in patients with chronic obstructive pulmonary disease and emphysema was associated with a high percentage of CD4+ and CD8+ T lymphocytes that expressed chemokine receptors CCR5 and CXCR3 (both markers of T helper 1 cells), but not CCR3 or CCR4 (markers of T helper 2 cells). Lung lymphocytes in patients with chronic obstructive pulmonary disease and emphysema secrete more interferon gamma—often associated with T helper 1 cells—and interferon-inducible protein 10 and monokine induced by interferon, both of which bind to CXCR3 and are involved in attracting T helper 1 cells. In response to interferon-inducible protein 10 and monokine induced by interferon, but not interferon gamma, lung macrophages secreted macrophage metalloelastase (matrix metalloproteinase-12), a potent elastin-degrading enzyme that causes tissue destruction and which has been linked to emphysema. Conclusions These data suggest that Th1 lymphoctytes in the lungs of people with smoking-related damage drive progression of emphysema through CXCR3 ligands, interferon-inducible protein 10, and monokine induced by interferon.

Integrin-mediated reorganization of cell shape leads to an altered cellular phenotype. Disruption of the actin cytoskeleton, initiated by binding of soluble antibody to α5β1 integrin, led to increased expression of the collagenase-1 gene in rabbit synovial fibroblasts. Activation of the guanosine triphosphate–binding protein Rac1, which was downstream of the integrin, was necessary for this process, and expression of activated Rac1 was sufficient to increase expression of collagenase-1. Rac1 activation generated reactive oxygen species that were essential for nuclear factor kappa B–dependent transcriptional regulation of interleukin-1α, which, in an autocrine manner, induced collagenase-1 gene expression. Remodeling of the extracellular matrix and consequent alterations of integrin-mediated adhesion and cytoarchitecture are central to development, wound healing, inflammation, and malignant disease. The resulting activation of Rac1 may lead to altered gene regulation and alterations in cellular morphogenesis, migration, and invasion.

Electronic nicotine delivery systems (ENDS) or e-cigarettes have emerged as a popular recreational tool among adolescents and adults. Although the use of ENDS is often promoted as a safer alternative to conventional cigarettes, few comprehensive studies have assessed the long-term effects of vaporized nicotine and its associated solvents, propylene glycol (PG) and vegetable glycerin (VG). Here, we show that compared with smoke exposure, mice receiving ENDS vapor for 4 months failed to develop pulmonary inflammation or emphysema. However, ENDS exposure, independent of nicotine, altered lung lipid homeostasis in alveolar macrophages and epithelial cells. Comprehensive lipidomic and structural analyses of the lungs revealed aberrant phospholipids in alveolar macrophages and increased surfactant-associated phospholipids in the airway. In addition to ENDS-induced lipid deposition, chronic ENDS vapor exposure downregulated innate immunity against viral pathogens in resident macrophages. Moreover, independent of nicotine, ENDS-exposed mice infected with influenza demonstrated enhanced lung inflammation and tissue damage. Together, our findings reveal that chronic e-cigarette vapor aberrantly alters the physiology of lung epithelial cells and resident immune cells and promotes poor response to infectious challenge. Notably, alterations in lipid homeostasis and immune impairment are independent of nicotine, thereby warranting more extensive investigations of the vehicle solvents used in e-cigarettes.

Chronic rhinosinusitis (CRS) without nasal polyps (CRSsNP) and CRS with nasal polyps (CRSwNP) are associated with Th1 and Th2 cytokine polarization, respectively; however, the pathophysiology of CRS remains unclear. The importance of innate lymphoid cells in Th2-mediated inflammatory disease has not been clearly defined.The objective of this study was to investigate the role of the epithelial cell-derived cytokine IL-33 and IL-33-responsive innate lymphoid cells in the pathophysiology of CRS.Relative gene expression was evaluated using quantitative real-time polymerase chain reaction. Innate lymphoid cells in inflamed ethmoid sinus mucosa from patients with CRSsNP and CRSwNP were characterized using flow cytometry. Cytokine production from lymphoid cells isolated from inflamed mucosa of patients with CRS was examined using ELISA and intracellular cytokine staining.Elevated expression of ST2, the ligand-binding chain of the IL-33 receptor, was observed in inflamed sinonasal mucosa from CRSwNP compared with CRSsNP and healthy control subjects. An increased percentage of innate lymphoid cells was observed in inflamed sinonasal mucosa from CRSwNP compared with CRSsNP. ST2(+) innate lymphoid cells are a consistent source of IL-13 in response to IL-33 stimulation. Significant induction of IL-33 was observed in epithelial cells derived from patients with CRSwNP compared with patients with CRSsNP in response to stimulation with Aspergillus fumigatus extract.These data suggest a role for sinonasal epithelial cell-derived IL-33 and an IL-33-responsive innate lymphoid cell population in the pathophysiology of CRSwNP demonstrating the functional importance of innate lymphoid cells in Th2-mediated inflammatory disease.

Proteinases and the innate immune receptor Toll-like receptor 4 (TLR4) are essential for expression of allergic inflammation and diseases such as asthma. A mechanism that links these inflammatory mediators is essential for explaining the fundamental basis of allergic disease but has been elusive. Here, we demonstrate that TLR4 is activated by airway proteinase activity to initiate both allergic airway disease and antifungal immunity. These outcomes were induced by proteinase cleavage of the clotting protein fibrinogen, yielding fibrinogen cleavage products that acted as TLR4 ligands on airway epithelial cells and macrophages. Thus, allergic airway inflammation represents an antifungal defensive strategy that is driven by fibrinogen cleavage and TLR4 activation. These findings clarify the molecular basis of allergic disease and suggest new therapeutic strategies.

Abstract Background How cigarette smoke (CS) and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) affect severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV2) infection and severity is controversial. We investigated the effects of COPD and CS on the expression of SARS-CoV-2 entry receptor ACE2 in vivo in COPD patients and controls and in CS-exposed mice, and the effects of CS on SARS-CoV-2 infection in human bronchial epithelial cells in vitro. Methods We quantified: (1) pulmonary ACE2 protein levels by immunostaining and ELISA, and both ACE2 and/or TMPRSS2 mRNA levels by RT-qPCR in two independent human cohorts; and (2) pulmonary ACE2 protein levels by immunostaining and ELISA in C57BL/6 WT mice exposed to air or CS for up to 6 months. The effects of CS exposure on SARS-CoV-2 infection were evaluated after in vitro infection of Calu-3 cells and differentiated human bronchial epithelial cells (HBECs), respectively. Results ACE2 protein and mRNA levels were decreased in peripheral airways from COPD patients versus controls but similar in central airways. Mice exposed to CS had decreased ACE2 protein levels in their bronchial and alveolar epithelia versus air-exposed mice. CS treatment decreased viral replication in Calu-3 cells, as determined by immunofluorescence staining for replicative double-stranded RNA (dsRNA) and western blot for viral N protein. Acute CS exposure decreased in vitro SARS-CoV-2 replication in HBECs, as determined by plaque assay and RT-qPCR. Conclusions ACE2 levels were decreased in both bronchial and alveolar epithelial cells from COPD patients versus controls, and from CS-exposed versus air-exposed mice. CS-pre-exposure potently inhibited SARS-CoV-2 replication in vitro. These findings urge to investigate further the controversial effects of CS and COPD on SARS-CoV-2 infection.

How cigarette smoke (CS) and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) affect severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection and severity is controversial. We investigated the protein and mRNA expression of SARS-CoV-2 entry receptor ACE2 and proteinase TMPRSS2 in lungs from COPD patients and controls, and lung tissue from mice exposed acutely and chronically to CS. Also, we investigated the effects of CS exposure on SARS-CoV-2 infection in human bronchial epithelial cells.In Cohort 1, ACE2-positive cells were quantified by immunostaining in FFPE sections from both central and peripheral airways. In Cohort 2, we quantified pulmonary ACE2 protein levels by immunostaining and ELISA, and both ACE2 and TMPRSS2 mRNA levels by RT-qPCR. In C57BL/6 WT mice exposed to air or CS for up to 6 months, pulmonary ACE2 protein levels were quantified by triple immunofluorescence staining and ELISA. The effects of CS exposure on SARS-CoV-2 infection were evaluated after 72hr in vitro infection of Calu-3 cells. After SARS-CoV-2 infection, the cells were fixed for IF staining with dsRNA-specific J2 monoclonal Ab, and cell lysates were harvested for WB of viral nucleocapsid (N) protein. Supernatants (SN) and cytoplasmic lysates were obtained to measure ACE2 levels by ELISA.In both human cohorts, ACE2 protein and mRNA levels were decreased in peripheral airways from COPD patients versus both smoker and NS controls, but similar in central airways. TMPRSS2 levels were similar across groups. Mice exposed to CS had decreased ACE2 protein levels in their bronchial and alveolar epithelia versus air-exposed mice exposed to 3 and 6 months of CS. In Calu3 cells in vitro, CS-treatment abrogated infection to levels below the limit of detection. Similar results were seen with WB for viral N protein, showing peak viral protein synthesis at 72hr.ACE2 levels were decreased in both bronchial and alveolar epithelial cells from uninfected COPD patients versus controls, and from CS-exposed versus air-exposed mice. CS-pre-treatment did not affect ACE2 levels but potently inhibited SARS-CoV-2 replication in this in vitro model. These findings urge to further investigate the controversial effects of CS and COPD on SARS-CoV2 infection.

Abstract Existing patient-derived-xenograft (PDX) mouse models of solid tumors lack a fully tumor-donor matched “syngeneic” and functional immune system. We developed such a model by engrafting lymphopenic recipient mice with a fresh undisrupted piece of solid tumor, whereby tumor-infiltrating lymphocytes (TIL) expanded in the recipient mice for several weeks. Tumors engrafted in about seventy to eighty percent of s yngeneic- i mmune- s ystem-PDX (SIS-PDX) mice, which harbored tumor-exhausted immune-effector and functional immune-regulatory cells persisting for at least six-months post-engraftment. Interleukin-15 (IL-15)-stimulation in addition to immune checkpoint inhibition (ICI), prevented resistance, resulting in complete or partial response to combined treatment. Further, the depletion of Cytotoxic T lymphocytes (CTLs) and/or Natural Killer (NK) cells from combined immunotherapy in SIS-PDX mice revealed that both cell types are required for the maximal response to tumor. Our novel SIS-PDX model provides a valuable resource for powerful mechanistic and therapeutic studies designed to eradicate solid tumors.