Abstract Background Immune checkpoint inhibitors (ICIs), antibodies targeting PD-1/PD-L1 or CTLA4 have revolutionized cancer management but are associated with devastating immune-related adverse events (irAEs) including myocarditis. The main risk factor for ICI myocarditis is the use of combination PD-1 and CTLA4 inhibition. ICI-myocarditis is often fulminant and is pathologically characterized by myocardial infiltration of T lymphocytes and macrophages. While much has been learned regarding the role of T-cells in ICI-myocarditis, little is understood regarding the identity, transcriptional diversity, and functions of infiltrating macrophages. Methods We employed an established murine ICI myocarditis model ( Ctla4 +/- Pdcd1 -/- mice) to explore the cardiac immune landscape using single-cell RNA-sequencing, immunostaining, flow cytometry, in situ RNA hybridization and molecular imaging and antibody neutralization studies. Results We observed marked increases in CCR2 + monocyte-derived macrophages and CD8 + T-cells in this model. The macrophage compartment was heterogeneous and displayed marked enrichment in an inflammatory CCR2 + subpopulation highly expressing Cxcl9 , Cxcl10 , Gbp2b , and Fcgr4 that originated from CCR2 + monocytes. Importantly, a similar macrophage population expressing CXCL9 , CXCL10 , and CD16α (human homologue of mouse FcgR4) was found selectively expanded in patients with ICI myocarditis compared to other forms of heart failure and myocarditis. In silico prediction of cell-cell communication suggested interactions between T-cells and Cxcl9 + Cxcl10 + macrophages via IFN-γ and CXCR3 signaling pathways. Depleting CD8 + T-cells, macrophages, and blockade of IFN-γ signaling blunted the expansion of Cxcl9 + Cxcl10 + macrophages in the heart and attenuated myocarditis suggesting that this interaction was necessary for disease pathogenesis. Conclusion These data demonstrate that ICI-myocarditis is associated with the expansion of a specific population of IFN-γ induced inflammatory macrophages and suggest the possibility that IFN-γ blockade may be considered as a treatment option for this devastating condition.

Abstract Bronchiolitis obliterans syndrome (BOS) is a major impediment to lung transplant survival and is generally resistant to medical therapy. Extracorporeal photophoresis (ECP) is an immunomodulatory therapy that shows promise in stabilizing BOS patients but its mechanisms of action are unclear. In a mouse lung transplant model, we show that ECP blunts alloimmune responses and inhibits BOS through lowering airway TGF-β bioavailability without altering its expression. Surprisingly, ECP-treated leukocytes are engulfed primarily by alveolar macrophages (AM), which become reprogrammed to become less responsive to TGF-β and reduce TGF-β bioavailability through secretion of the TGF-β antagonist Decorin. In untreated recipients, high airway TGF-β activity stimulates AM to express CCL2 leading to CCR2 + monocyte-driven BOS development. Moreover, we find TGF-β receptor 2-dependent differentiation of CCR2 + monocytes is required for the generation of monocyte-derived AM, which in turn promote BOS by expanding tissue-resident memory CD8 + T cells that inflict airway injury through Blimp-1-mediated Granzyme B expression. Thus, through studying the effects of ECP, we have identified an AM functional plasticity that controls a TGF-β-dependent network, which couples CCR2 + monocyte recruitment and differentiation to alloimmunity and BOS. Alveolar macrophage plasticity can be harnessed to prevent Bronchiolitis Obliterans Syndrome.