It has been reported that lactoferrin (LF) participates in the host immune response against Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus (SARS-CoV) invasion by enhancing NK cell activity and stimulating neutrophil aggregation and adhesion. We further investigated the role of LF in the entry of SARS pseudovirus into HEK293E/ACE2-Myc cells. Our results reveal that LF inhibits SARS pseudovirus infection in a dose-dependent manner. Further analysis suggested that LF was able to block the binding of spike protein to host cells at 4°C, indicating that LF exerted its inhibitory function at the viral attachment stage. However, LF did not disrupt the interaction of spike protein with angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2), the functional receptor of SARS-CoV. Previous studies have shown that LF colocalizes with the widely distributed cell-surface heparan sulfate proteoglycans (HSPGs). Our experiments have also confirmed this conclusion. Treatment of the cells with heparinase or exogenous heparin prevented binding of spike protein to host cells and inhibited SARS pseudovirus infection, demonstrating that HSPGs provide the binding sites for SARS-CoV invasion at the early attachment phase. Taken together, our results suggest that, in addition to ACE2, HSPGs are essential cell-surface molecules involved in SARS-CoV cell entry. LF may play a protective role in host defense against SARS-CoV infection through binding to HSPGs and blocking the preliminary interaction between SARS-CoV and host cells. Our findings may provide further understanding of SARS-CoV pathogenesis and aid in treatment of this deadly disease.

SUMMARY The DNA sensor cyclic GMP-AMP synthase (cGAS) is critical in host antiviral immunity. Vaccinia virus (VACV) is a large cytoplasmic DNA virus that belongs to the poxvirus family. How vaccinia virus antagonizes the cGAS-mediated cytosolic DNA-sensing pathway is largely unknown. In this study, we screened 82 vaccinia viral genes to identify potential viral inhibitors of the cGAS/Stimulator of interferon gene (STING) pathway. We discovered that vaccinia E5 is a virulence factor and a major inhibitor of cGAS that elicits proteasome-dependent cGAS degradation. E5 localizes to the cytoplasm and nuclei of infected cells. Cytosolic E5 triggers K48-linked ubiquitination of cGAS and proteasome-dependent degradation via interacting with cGAS. E5 itself also undergoes ubiquitination and degradation. Deleting the E5R gene from the Modified vaccinia virus Ankara (MVA) genome strongly induces type I IFN production by dendritic cells (DCs) and promotes DC maturation, thereby improving the immunogenicity of the viral vector.

Abstract Background Viral-based immunotherapy has the potential to overcome resistance to immune checkpoint blockade (ICB) and to fill the unmet needs of many cancer patients. Oncolytic viruses (OVs) are defined as engineered or naturally occurring viruses that selectively replicate in and kill cancer cells. OVs also induce antitumor immunity. The purpose of this study is to compare the antitumor effects of live OV-GM expressing murine granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (mGM-CSF) versus inactivated OV-GM and elucidate the underlying immunological mechanisms. Methods In this study, we engineered a replication-competent, oncolytic vaccinia virus (OV-GM) by inserting a murine GM-CSF gene into the thymidine kinase (TK) locus of a mutant vaccinia E3LΔ83N, which lacks the Z-DNA-binding domain of vaccinia virulence factor E3. We compared the antitumor effects of intratumoral (IT) delivery of live OV-GM vs. heat-inactivated OV-GM (heat-iOV-GM) in a murine B16-F10 melanoma bilateral implantation model. Results Heat-iOV-GM infection of dendritic cells (DCs) and tumor cells in vitro induces type I IFN and pro inflammatory cytokines and chemokines, whereas live OV-GM does not. IT live OV-GM is less effective in generating systemic antitumor immunity compared with heat-iOV-GM. Similar to heat-iOV-GM, the antitumor effects of live OV-GM also require Batf3-dependent CD103+ dendritic cells. IT heat-iOV-GM induces higher numbers of infiltrating activated CD8+ and CD4+ T cells as well as higher levels of type I IFN, proinflammatory cytokines, and chemokines in the distant non-injected tumors, which is dependent on CD8+ T cells. When combined with systemic delivery of ICB, IT heat-iOV-GM is more effective in eradicating tumors compared with live OV-GM. Conclusions Tumor lysis induced by the replication of oncolytic DNA viruses has a limited effect on the generation of systemic antitumor immunity. The activation of Batf3-dependent CD103+ DCs is critical for antitumor effects induced by both live OV-GM and heat-iOV-GM. Heat-iOV-GM is more potent than live OV-GM in the induction of innate and adaptive immunity in both the injected and distant non-injected tumors. We propose that evaluations of both innate and adaptive immunity induced by IT oncolytic viral immunotherapy at injected and non-injected tumors should be included as potential biomarkers.

Abstract Novel strategies to reprogram tumor-infiltrating myeloid cells for cancer immunotherapy are urgently needed, given that the primary and acquired resistance to immune checkpoint blockade (ICB) therapy has hindered the overall success of immunotherapy. Modified vaccinia virus Ankara (MVA) is a highly attenuated, non-replicative vaccinia virus and an approved vaccine against smallpox and monkeypox. Here we report rational engineering of recombinant MVA, MQ833, by removing three immune suppressive genes, E5R, E3L, and WR199, from the MVA genome and inserting three transgenes encoding Flt3L, OX40L, and IL-12. Intratumoral (IT) delivery of MQ833 generates potent antitumor responses dependent on CD8 + T cells, neutrophils, and M1-like macrophages, the nucleic acid-sensing pathways mediated by MDA5/STING, and interferon feedback loop. IT MQ833 promotes the recruitment and activation of neutrophils and inflammatory monocytes into the injected tumors, depletion of M2-like macrophages, and expansion of M1-like macrophages, generating potent antitumor immunity against tumors resistant to ICB.

RNA helicases are involved in the innate immune response against pathogens, including bacteria and viruses; however, their mechanism in the human airway epithelial cells is still not fully understood. Here, we demonstrated that DEAH (Asp-Glu-Ala-His) box polypeptide 35 (DHX35), a member of the DExD/H (Asp-Glu-x-Asp/His)-box helicase family, boosts antiviral innate immunity in human airway epithelial cells. DHX35 knockdown attenuated the production of interferon-β (IFN-β), IL6, and CXCL10, whereas DHX35 overexpression increased their production. Upon stimulation, DHX35 was constitutively expressed, but it translocated from the nucleus into the cytosol, where it recognized cytosolic poly(I:C) and poly(dA:dT) via its HELICc domain. Mitochondrial antiviral signaling protein (MAVS) acted as an adaptor for DHX35 and interacted with the HELICc domain of DHX35 using amino acids 360–510. Interestingly, DHX35 interacted with retinoic acid-inducible gene 1 (RIG-I), enhanced the binding affinity of RIG-I with poly(I:C) and poly(dA:dT), and formed a signalsome with MAVS to activate interferon regulatory factor 3 (IRF3), NF-κB-p65, and MAPK signaling pathways. These results indicate that DHX35 not only acted as a cytosolic nucleic acid sensor but also synergized with RIG-I to enhance antiviral immunity in human airway epithelial cells. Our results demonstrate a novel molecular mechanism for DHX35 in RIG-I-mediated innate immunity and provide a novel candidate for drug and vaccine design to control viral infections in the human airway.

The pulmonary immune system consists of a network of tissue-resident cells as well as immune cells that are recruited to the lungs during infection and/or inflammation. How the two immune components cross-talk during an acute viral infection is not well understood. Intranasal infection of mice with vaccinia virus causes lethal pneumonia and systemic dissemination. Here we report that vaccinia host range protein C7 is a critical virulence factor. Vaccinia virus with deletion of C7 (VACV∆C7L) is non-pathogenic in wild-type C57BL/6J mice, but it gains virulence in mice lacking STAT2, or IFNAR1, or MDA5/STING. We provide evidence that lung type II alveolar epithelial cells (AECs) provide first-line of defense against VACV∆C7L infection by inducing IFN-beta; and IFN-stimulated genes via the activation of the MDA5 and STING-mediated nucleic acid-sensing pathways. This leads to recruitment of CCR2+ inflammatory monocytes into the lungs to fight against viral dissemination.

Abstract Immunotherapies have shown unprecedented clinical benefits in several malignancies 1–3 . However, clinical responses remain variable and unpredictable, indicating the need to develop predictive platforms that can improve patient stratification 4 . Phenotyping of tumors into hot, altered, or cold 5 based on assessment of only T-cell infiltration in static tumor biopsies provides suboptimal prediction of immunotherapy response 6,7 . In vivo dynamic mechanisms within the tumor microenvironment such as tumor angiogenesis and leukocyte trafficking 5,8,9 also play a central role in modulating anti-tumor immunity and therefore immunotherapy response. Here, we report novel tumor immune microenvironment (TiME) phenotyping in vivo in patients with non-invasive spatially-resolved cellular-level imaging based on endogenous contrast. Investigating skin cancers as a model, with reflectance confocal microscopy (RCM) imaging 10 , we determined four major phenotypes with variable prevalence of vasculature (Vasc) and inflammation (Inf) features: Vasc hi Inf hi , Vasc hi Inf lo , Vasc lo Inf hi and Vasc med/hi Inf lo . The Vasc hi Inf hi phenotype correlates with high immune activation, exhaustion, and vascular signatures while Vasc hi Inf lo with endothelial anergy and immune exclusion. Automated quantification of TiME features demonstrates moderate-high accuracy and correlation with corresponding gene expression. Prospectively analyzed response to topical immunotherapy show highest response in Vasc lo Inf hi , and reveals the added value of vascular features in predicting treatment response. Our novel in vivo cellular-level imaging and phenotyping approach can potentially advance our fundamental understanding of TiME, develop robust predictors for immunotherapy outcomes and identify novel targetable pathways in future.

Abstract Background Protein or peptide-based subunit vaccines are promising platforms for combating human cancers and infectious diseases. However, one primary concern regarding subunit vaccines is the relatively weak immune responses induced by proteins or peptides. Therefore, developing novel and effective vaccine adjuvants is critical for the success of subunit vaccines. Modified vaccinia virus (MVA) is a safe and effective vaccine against smallpox and monkeypox. In this study, we explored the potential of heat-inactivated MVA (heat-iMVA) as a novel vaccine adjuvant. Methods We co-administered heat-iMVA with a model antigen, chicken ovalbumin (OVA), either intramuscularly or subcutaneously twice, two weeks apart, and analyzed anti-OVA specific CD8 + and CD4 + T cells in the spleens and skin draining lymph nodes (dLNs) and serum anti-OVA IgG1 and IgG2c antibodies. We also compared the adjuvanticity of heat-iMVA with several known vaccine adjuvants, including complete Freund’s adjuvant (CFA) and AddaVax, an MF59-like preclinical grade nano-emulsion. In addition, we tested whether co-administration of heat-iMVA plus tumor neoantigen peptides or irradiated tumor cells improves antitumor efficacy in a B16-F10 therapeutic vaccination model. Using Stimulator of Interferon Genes (STING) or Batf3-deficient mice, we evaluated the contribution of the STING pathway and Batf3-dependent CD103 + /CD8α DCs in heat-iMVA-induced immunity. Results Co-administration of protein- or peptide-based immunogens with heat-iMVA dramatically enhances Th1-biased cellular and humoral immune responses. This adjuvant effect of heat-iMVA is dependent on the STING-mediated cytosolic DNA-sensing pathway, and the antigen-specific CD8 + T cell response requires Batf3-dependent CD103 + /CD8α + dendritic cells (DCs). Heat-iMVA infection of bone marrow-derived DCs (BMDCs) promoted antigen cross-presentation, whereas live MVA infection did not. RNA-seq analyses revealed that heat-iMVA is a more potent activator of the STING pathway than live MVA. Additionally, combining tumor neoantigen peptides or irradiated tumor cells with heat-iMVA delayed tumor growth and extended the median survival in B16-F10 therapeutic vaccination models. Conclusions Heat-iMVA induces type I interferon (IFN) production and antigen cross-presentation via a STING-dependent mechanism in DCs. Co-administration of heat-iMVA with peptide antigen generates strong Th1-biased cellular and humoral immunity. Collectively, our results demonstrate that heat-iMVA is a safe and potent vaccine adjuvant.