Coronavirus disease 2019 (COVID-19) is a mild to moderate respiratory tract infection, however, a subset of patients progress to severe disease and respiratory failure. The mechanism of protective immunity in mild forms and the pathogenesis of severe COVID-19 associated with increased neutrophil counts and dysregulated immune responses remain unclear. In a dual-center, two-cohort study, we combined single-cell RNA-sequencing and single-cell proteomics of whole-blood and peripheral-blood mononuclear cells to determine changes in immune cell composition and activation in mild versus severe COVID-19 (242 samples from 109 individuals) over time. HLA-DRhiCD11chi inflammatory monocytes with an interferon-stimulated gene signature were elevated in mild COVID-19. Severe COVID-19 was marked by occurrence of neutrophil precursors, as evidence of emergency myelopoiesis, dysfunctional mature neutrophils, and HLA-DRlo monocytes. Our study provides detailed insights into the systemic immune response to SARS-CoV-2 infection and reveals profound alterations in the myeloid cell compartment associated with severe COVID-19.

Abstract Hepatocellular carcinoma (HCC) can have viral or non-viral causes 1–5 . Non-alcoholic steatohepatitis (NASH) is an important driver of HCC. Immunotherapy has been approved for treating HCC, but biomarker-based stratification of patients for optimal response to therapy is an unmet need 6,7 . Here we report the progressive accumulation of exhausted, unconventionally activated CD8 + PD1 + T cells in NASH-affected livers. In preclinical models of NASH-induced HCC, therapeutic immunotherapy targeted at programmed death-1 (PD1) expanded activated CD8 + PD1 + T cells within tumours but did not lead to tumour regression, which indicates that tumour immune surveillance was impaired. When given prophylactically, anti-PD1 treatment led to an increase in the incidence of NASH–HCC and in the number and size of tumour nodules, which correlated with increased hepatic CD8 + PD1 + CXCR6 + , TOX + , and TNF + T cells. The increase in HCC triggered by anti-PD1 treatment was prevented by depletion of CD8 + T cells or TNF neutralization, suggesting that CD8 + T cells help to induce NASH–HCC, rather than invigorating or executing immune surveillance. We found similar phenotypic and functional profiles in hepatic CD8 + PD1 + T cells from humans with NAFLD or NASH. A meta-analysis of three randomized phase III clinical trials that tested inhibitors of PDL1 (programmed death-ligand 1) or PD1 in more than 1,600 patients with advanced HCC revealed that immune therapy did not improve survival in patients with non-viral HCC. In two additional cohorts, patients with NASH-driven HCC who received anti-PD1 or anti-PDL1 treatment showed reduced overall survival compared to patients with other aetiologies. Collectively, these data show that non-viral HCC, and particularly NASH–HCC, might be less responsive to immunotherapy, probably owing to NASH-related aberrant T cell activation causing tissue damage that leads to impaired immune surveillance. Our data provide a rationale for stratification of patients with HCC according to underlying aetiology in studies of immunotherapy as a primary or adjuvant treatment.

Abstract Maintenance of protective humoral immunity depends on the generation and survival of antibody-secreting cells. The bone marrow provides niches for long-term survival of plasma cells generated in the course of systemic immune responses in secondary lymphoid organs. Here, we have analyzed migratory human plasma blasts and plasma cells after secondary vaccination with tetanus toxin. On days 6 and 7 after immunization, CD19+/CD27high/intracellular immunoglobulin Ghigh (IgGhigh)/HLA-DRhigh/CD38high/CD20–/CD95+ tetanus toxin–specific antibody-secreting plasma blasts were released in large numbers from the secondary lymphoid organs into the blood. These cells show chemotactic responsiveness toward ligands for CXCR3 and CXCR4, probably guiding them to the bone marrow or inflamed tissue. At the same time, a population of CD19+/CD27high/intracellular IgGhigh/HLA-DRlow/CD38+/CD20–/CD95+ cells appeared in the blood in large numbers. These cells, with the phenotype of long-lived plasma cells, secreted antibodies of unknown specificity, not tetanus toxoid. The appearance of these plasma cells in the blood indicates successful competition for survival niches in the bone marrow between newly generated plasma blasts and resident plasma cells as a fundamental mechanism for the establishment of humoral memory and its plasticity.

Emerging data indicate that SARS-CoV-2-specific CD8+ T cells targeting different viral proteins are detectable in up to 70% of convalescent individuals1–5. However, very little information is currently available about the abundance, phenotype, functional capacity and fate of pre-existing and induced SARS-CoV-2-specific CD8+ T cell responses during the natural course of SARS-CoV-2 infection. Here, we define a set of optimal and dominant SARS-CoV-2-specific CD8+ T cell epitopes. We also perform a high-resolution ex vivo analysis of pre-existing and induced SARS-CoV-2-specific CD8+ T cells, applying peptide-loaded major histocompatibility complex class I (pMHCI) tetramer technology. We observe rapid induction, prolonged contraction and emergence of heterogeneous and functionally competent cross-reactive and induced memory CD8+ T cell responses in cross-sectionally analyzed individuals with mild disease following SARS-CoV-2 infection and three individuals longitudinally assessed for their T cells pre- and post-SARS-CoV-2 infection. SARS-CoV-2-specific memory CD8+ T cells exhibited functional characteristics comparable to influenza-specific CD8+ T cells and were detectable in SARS-CoV-2 convalescent individuals who were seronegative for anti-SARS-CoV-2 antibodies targeting spike (S) and nucleoprotein (N). These results define cross-reactive and induced SARS-CoV-2-specific CD8+ T cell responses as potentially important determinants of immune protection in mild SARS-CoV-2 infection. Functionally competent memory CD8+ T cells specific for different viral epitopes are induced by SARS-CoV-2 infection and can be detected in the absence of virus-specific antibodies.

Microglia, the specialized innate immune cells of the CNS, play crucial roles in neural development and function. Different phenotypes and functions have been ascribed to rodent microglia, but little is known about human microglia (huMG) heterogeneity. Difficulties in procuring huMG and their susceptibility to cryopreservation damage have limited large-scale studies. Here we applied multiplexed mass cytometry for a comprehensive characterization of postmortem huMG (103 – 104 cells). We determined expression levels of 57 markers on huMG isolated from up to five different brain regions of nine donors. We identified the phenotypic signature of huMG, which was distinct from peripheral myeloid cells but was comparable to fresh huMG. We detected microglia regional heterogeneity using a hybrid workflow combining Cytobank and R/Bioconductor for multidimensional data analysis. Together, these methodologies allowed us to perform high-dimensional, large-scale immunophenotyping of huMG at the single-cell level, which facilitates their unambiguous profiling in health and disease. Single-cell mass cytometry was applied to comprehensively characterize postmortem and fresh human microglia. Using a hybrid workflow for multidimensional data analysis, a core signature and regional heterogeneity were identified.

Daratumumab, a human monoclonal antibody that targets CD38, depletes plasma cells and is approved for the treatment of multiple myeloma. Long-lived plasma cells are implicated in the pathogenesis of systemic lupus erythematosus because they secrete autoantibodies, but they are unresponsive to standard immunosuppression. We describe the use of daratumumab that induced substantial clinical responses in two patients with life-threatening lupus, with the clinical responses sustained by maintenance therapy with belimumab, an antibody to B-cell activating factor. Significant depletion of long-lived plasma cells, reduction of interferon type I activity, and down-regulation of T-cell transcripts associated with chronic inflammation were documented. (Supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft and others.).