Pregnant women are an at-risk group for severe COVID-19, though the majority experience mild/asymptomatic disease. Although severe COVID-19 has been shown to be associated with immune activation at the maternal-fetal interface even in the absence of active viral replication, the immune response to asymptomatic/mild COVID-19 remains unknown. Here, we assessed immunological adaptations in both blood and term decidua from 9 SARS-exposed pregnant women with asymptomatic/mild disease and 15 pregnant SARS-naive women. In addition to selective loss of tissue-resident decidual macrophages, we report attenuation of antigen presentation and type I IFN signaling but upregulation of inflammatory cytokines and chemokines in blood monocyte derived decidual macrophages. On the other hand, infection was associated with remodeling of the T cell compartment with increased frequencies of activated CD69+ tissue-resident T cells and decreased abundance of Tregs. Interestingly, frequencies of cytotoxic CD4 and CD8 T cells increased only in the blood, while CD8 effector memory T cells were expanded in the decidua. In contrast to decidual macrophages, signatures of type I IFN signaling were increased in decidual T cells. Finally, T cell receptor diversity was significantly reduced with infection in both compartments, albeit to a much greater extent in the blood. The resulting aberrant immune activation in the placenta, even with asymptomatic disease may alter the exquisitely sensitive developing fetal immune system, leading to long-term adverse outcomes for offspring.

ABSTRACT mRNA based vaccines for SARS-CoV-2 have shown exceptional clinical efficacy providing robust protection against severe disease. However, our understanding of transcriptional and repertoire changes following full vaccination remains incomplete. We used single-cell RNA sequencing and functional assays to compare humoral and cellular responses to two doses of mRNA vaccine with responses observed in convalescent individuals with asymptomatic disease. Our analyses revealed enrichment of spike-specific B cells, activated CD4 T cells, and robust antigen-specific polyfunctional CD4 T cell responses in all vaccinees. On the other hand, CD8 T cell responses were both weak and variable. Interestingly, clonally expanded CD8 T cells were observed in every vaccinee, as observed following natural infection. TCR gene usage, however, was variable, reflecting the diversity of repertoires and MHC polymorphism in the human population. Natural infection induced expansion of larger CD8 T cell clones occupied distinct clusters, likely due to the recognition of a broader set of viral epitopes presented by the virus not seen in the mRNA vaccine. Our study highlights a coordinated adaptive immune response where early CD4 T cell responses facilitate the development of the B cell response and substantial expansion of effector CD8 T cells, together capable of contributing to future recall responses.

ABSTRACT Chronic heavy drinking (CHD) of alcohol is a known risk factor for increased susceptibility to bacterial and viral infection as well as impaired wound healing. Evidence suggests that these defects are mediated by a dysregulated inflammatory response originating from myeloid cells, notably monocytes and macrophages, but the mechanisms remain poorly understood. Our ability to study CHD is impacted by the complexities of human drinking patterns and behavior as well as comorbidities and confounding risk factors for patients with alcohol use disorders. To overcome these challenges, we utilize a translational rhesus macaque model of voluntary ethanol self-administration that closely recapitulates human drinking patterns and chronicity. In this study, we examined the effects of CHD on blood monocytes and alveolar macrophages in control and CHD female macaques after 12 months of daily ethanol consumption. While monocytes from CHD female macaques generated a hyper-inflammatory response to ex vivo LPS stimulation, their response to E . Coli was dampened. In depth scRNA-Seq analysis of purified monocytes revealed significant shifts in classical monocyte subsets with accumulation of cells expressing markers of hypoxia ( HIF1A ) and inflammation (NFkB signaling pathway) in CHD macaques. The increased presence of monocyte subsets poised to generate a hyperinflammatory response was confirmed by the epigenetic analysis which revealed higher accessibility of promoter regions that regulate genes involved in cytokine signaling pathways. Finally, alveolar macrophages (AM) from the same animals produced higher levels of inflammatory mediators in response to LPS stimulation, but reduced ability to phagocytose bacteria. Collectively, data presented in this manuscript demonstrate that CHD primes monocytes and tissue-resident macrophages towards a more hyper-inflammatory immune response with compromised functional abilities, which could be used in diagnostic purposes or preventative measures for patients with alcohol use disorders.

ABSTRACT Background Maternal obesity adversely impacts the in utero metabolic environment and offspring’s health, but its effect on fetal hematopoiesis and immune cell development remains incompletely understood, particularly in models that resemble human development. Methods We studied gestational day 130-135 fetuses derived from rhesus macaque dams chronically exposed to a high-fat Western-style diet (WSD) or a low-fat control diet. Fetal immune cell phenotypes and fetal bone marrow architecture and hematopoietic stem and progenitor cell (FBM HSPC) function were examined using bone computed tomography, histology, flow cytometry, single-cell RNA-sequencing, and HSPC transplantation assays. Findings Maternal WSD induced premature FBM cavity opening and a codominant increase in the number of FBM adipocytes. Furthermore, a maternal WSD induced a proinflammatory transcriptional response in FBM HSPCs. FBM macrophages from the WSD group exhibited heightened proinflammatory responses to toll-like receptor agonist stimulation. Maternal WSD exposure suppressed the expression of genes required for B-cell development and decreased the frequencies of FBM B-cells. Finally, maternal WSD led to poor engraftment of FBM HSPCs in nonlethally irradiated immunodeficient NOD/SCID/IL2rγ -/- mice. Interpretations Maternal WSD impairs FBM development, drives a hyperinflammatory phenotype, and induces functional and differentiation impairment in FBM HSPCs in a translationally relevant nonhuman primate model. Funding National Institute of Health RESEARCH IN CONTEXT Evidence before this study Maternal obesity is associated with increased risk of infections and proinflammatory disease in offspring. The translationally-relevant rhesus macaque model was utilized to address the effects of maternal obesogenic diet on fetal hematopoietic and immune cell development. Added value of this study We assessed changes in fetal immune cell phenotypes and fetal hematopoietic stem and progenitor cell function using immunohistochemistry, flow cytometry, single-cell RNA sequencing, and transplantation assays. We determined that chronic consumption of a maternal obesogenic diet induced the development of adipogenic and proinflammatory environments in the fetal bone marrow. Additionally, we detected the impairment in B-cell differentiation program in fetal hematopoietic stem and progenitor cells. Implications of all the available evidence These data demonstrate that maternal obesogenic diet modulates fetal hematopoietic development and could impact the offspring’s immune system, including proinflammatory phenotype and a decline in B-cell function.

ABSTRACT Maternal pre-pregnancy (pregravid) obesity is associated with adverse outcomes for both mother and offspring. Amongst the complications for the offspring is increased susceptibility and severity of neonatal infections necessitating admission to the intensive care unit, notably bacterial sepsis and enterocolitis. Previous studies have reported aberrant responses to LPS and polyclonal stimulation by umbilical cord blood monocytes that were mediated by alterations in the epigenome. In this study, we show that pregravid obesity dysregulates umbilical cord blood monocyte responses to bacterial and viral pathogens. Specifically, interferon-stimulated gene expression and inflammatory responses to E. coli and respiratory syncytial virus (RSV) were significantly dampened. Although upstream signaling events were comparable, translocation of the key transcription factor NF-κB and chromatin accessibility at pro- inflammatory gene promoters following TLR stimulation was significantly attenuated. Using a rhesus macaque model of western style diet induced obesity, we further demonstrate that this defect is detected in fetal peripheral monocytes and tissue-resident macrophages during gestation. Collectively, these data indicate that maternal obesity and high-fat diet present metabolic, signaling, and epigenetic impediments to pathogen recognition in fetal innate immune cells that result in a state of immune paralysis during gestation and at birth.

ABSTRACT The leukocyte diversity of early maternal-fetal interface has been recently described, however, characterization of decidua at term is still pending. We, therefore, profiled the CD45+ compartment within human term decidua collected via cesarean section. Relative to the first trimester, our analyses revealed a shift from NK cells and macrophages to T-cells and enhanced activation of all immune cells. T-cells in the decidua were phenotypically distinct from their blood counterparts and demonstrated significant clonotype sharing. Using pseudo-temporal analyses of macrophages, we characterize previously undescribed diversity of bonafide tissue resident decidual macrophages. The frequency of this population correlated with high pregravid maternal body mass index but responded poorly to bacteria ligands. Collectively, these findings provide evidence of skewing of decidual myeloid cells towards immunoregulation representing a possible mechanism to safeguard the fetus. This immune cell atlas of term decidua is an asset for future studies investigating pathological conditions that compromise reproductive success. One sentence summary Human immune cell atlas of term decidua and observed alterations with pre-gravid obesity.

ABSTRACT Pre-pregnancy obesity is associated with several adverse maternal health outcomes, notably increased risk of infection as well as the incidence of gestational diabetes, preeclampsia, and preterm birth. However, the mechanisms by which pregravid obesity disrupts the pregnancy associated “immune clock” are still unknown. To address this question, we collected blood samples from women during the first and third trimesters and determined the impact of both pregnancy and pregravid obesity on circulating immune mediators, immune cell subset frequencies, and peripheral immune responses. While regardless of BMI, pregnancy was associated with an elevation in both Th1 and Th2 cytokines, pregravid obesity was associated with a dysregulation in circulating myeloid factors at term. Moreover, pregnancy in lean subjects was associated with enhanced monocyte activation, augmented chromatin accessibility at inflammatory loci, and heightened responses to LPS. Pregravid obesity disrupted this trajectory and was accompanied by a lack of transcriptional and epigenetic changes and alterations in metabolic status strongly suggesting a skewing towards immunotolerance. These findings provide novel insight into the increased susceptibility to infections observed with obesity during pregnancy. SUMMARY A healthy pregnancy is associated with progressive innate immune activation. Maternal factors such as obesity compromise this myeloid cell activation trajectory at genomic, epigenomic, functional, and metabolic levels, resulting in stagnant immune responses, suggestive of a state of tolerance.

ABSTRACT Background Long-term alcohol drinking is associated with numerous health complications including susceptibility to infection, cancer, and organ damage. However, due to the complex nature of human drinking behavior, it is challenging to determine whether alcohol use should be considered a risk factor during diagnosis and treatment. We lack reliable biomarkers of alcohol use that could be used to determine drinking behavior prior to signs of overt organ damage. Recently, extracellular vesicle-bound microRNA (EV-miRNA) have been discovered to be consistent biomarkers of conditions including cancer and liver disease. Methods In this study, we profiled the plasma EV-miRNA content by miRNA-Seq from 80 non-human primates after 12 months of voluntary ethanol drinking. Results We identified a list of up- and downregulated EV-miRNA candidate biomarkers of both heavy drinking as well as those positively correlated with ethanol dose. We further overexpressed these candidate miRNA in control primary peripheral immune cells to assess potential functional mechanisms of these EV-miRNA. We identified that overexpression of miR-155, miR-154, miR-34c, miR-450a, and miR-204 led to increased inflammatory TNFα or IL-6 production in PBMC after stimulation. Conclusion This exploratory study identified several EV-miRNA that could serve as biomarkers of long-term alcohol drinking as well as provided a mechanism for alcohol-induced peripheral inflammation.

ABSTRACT Chronic alcohol drinking is associated with increased susceptibility to viral and bacterial respiratory pathogens. Investigating the effects of alcohol on the lung is challenging in humans because of the complexity of human drinking behavior and the challenge of obtaining samples. In this study, we utilize a rhesus macaque model of voluntary ethanol self-administration to study the effects of alcohol on the lung in a physiologically and genetically relevant model. We report a heightened activation and inflammatory state in alveolar macrophages (AM) obtained from ethanol drinking animals that is accompanied by increased chromatin accessibility in intergenic regions that regulate inflammatory genes and contain binding motifs for transcription factors AP-1, IRF8, and NFKB p-65. In line with these transcriptional and epigenetic changes at basal state, AM from ethanol drinking animals generate elevated inflammatory mediator responses to LPS and respiratory syncytial virus (RSV). Analysis using scRNA-Seq revealed heterogeneity in lung-resident macrophage and monocyte populations, including increased abundance of activated and cathepsin-expressing clusters and accelerated differentiation with ethanol. Finally, functional assays show increased mitochondrial content in AM from ethanol drinking animals, which is associated with observed increased ROS and decreased phagocytosis capacity. This comprehensive epigenomic, transcriptional and functional profiling of lung macrophages after ethanol drinking in macaques provides previously unidentified mechanisms of ethanol induced infection susceptibility in patients with alcohol use disorders.

SUMMARY Few studies have addressed the impact of maternal mild/asymptomatic SARS-CoV-2 infection on the developing neonatal immune system. In this study, we analyzed umbilical cord blood and placental chorionic villi from newborns of unvaccinated mothers with mild/asymptomatic SARS-CoV-2 infection during pregnancy using flow cytometry, single-cell transcriptomics, and functional assays. Despite the lack of vertical transmission, levels of inflammatory mediators were altered in cord blood. Maternal infection was also associated with increased memory T, B cells, and non-classical monocytes as well as increased activation. However, ex vivo responses to stimulation were attenuated. Finally, within the placental villi, we report an expansion of fetal Hofbauer cells and infiltrating maternal macrophages and rewiring towards a heightened inflammatory state. In contrast to cord blood monocytes, placental myeloid cells were primed for heightened antiviral responses. Taken together, this study highlights dysregulated fetal immune cell responses in response to mild maternal SARS-CoV-2 infection during pregnancy.