Rationale: Severe, steroid-resistant asthma is the major unmet need in asthma therapy. Disease heterogeneity and poor understanding of pathogenic mechanisms hampers the identification of therapeutic targets. Excessive nucleotide-binding oligomerization domain–like receptor family, pyrin domain–containing 3 (NLRP3) inflammasome and concomitant IL-1β responses occur in chronic obstructive pulmonary disease, respiratory infections, and neutrophilic asthma. However, the direct contributions to pathogenesis, mechanisms involved, and potential for therapeutic targeting remain poorly understood, and are unknown in severe, steroid-resistant asthma.Objectives: To investigate the roles and therapeutic targeting of the NLRP3 inflammasome and IL-1β in severe, steroid-resistant asthma.Methods: We developed mouse models of Chlamydia and Haemophilus respiratory infection–mediated, ovalbumin-induced severe, steroid-resistant allergic airway disease. These models share the hallmark features of human disease, including elevated airway neutrophils, and NLRP3 inflammasome and IL-1β responses. The roles and potential for targeting of NLRP3 inflammasome, caspase-1, and IL-1β responses in experimental severe, steroid-resistant asthma were examined using a highly selective NLRP3 inhibitor, MCC950; the specific caspase-1 inhibitor Ac-YVAD-cho; and neutralizing anti–IL-1β antibody. Roles for IL-1β–induced neutrophilic inflammation were examined using IL-1β and anti-Ly6G.Measurements and Main Results: Chlamydia and Haemophilus infections increase NLRP3, caspase-1, IL-1β responses that drive steroid-resistant neutrophilic inflammation and airway hyperresponsiveness. Neutrophilic airway inflammation, disease severity, and steroid resistance in human asthma correlate with NLRP3 and IL-1β expression. Treatment with anti–IL-1β, Ac-YVAD-cho, and MCC950 suppressed IL-1β responses and the important steroid-resistant features of disease in mice, whereas IL-1β administration recapitulated these features. Neutrophil depletion suppressed IL-1β–induced steroid-resistant airway hyperresponsiveness.Conclusions: NLRP3 inflammasome responses drive experimental severe, steroid-resistant asthma and are potential therapeutic targets in this disease.

ABSTRACT Global control of COVID-19 requires broadly accessible vaccines that are effective against SARS-CoV-2 variants. In this report, we exploit the immunostimulatory properties of bacille Calmette-Guérin (BCG), the existing tuberculosis vaccine, to deliver a vaccination regimen with potent SARS-CoV-2-specific protective immunity. Combination of BCG with a stabilized, trimeric form of SARS-CoV-2 spike antigen promoted rapid development of virus-specific IgG antibodies in the blood of vaccinated mice, that was further augmented by the addition of alum. This vaccine formulation, BCG:CoVac, induced high-titre SARS-CoV-2 neutralizing antibodies (NAbs) and Th1-biased cytokine release by vaccine-specific T cells, which correlated with the early emergence of T follicular helper cells in local lymph nodes and heightened levels of antigen-specific plasma B cells after vaccination. Vaccination of K18-hACE2 mice with a single dose of BCG:CoVac almost completely abrogated disease after SARS-CoV-2 challenge, with minimal inflammation and no detectable virus in the lungs of infected animals. Boosting BCG:CoVac-primed mice with a heterologous vaccine further increased SARS-CoV-2-specific antibody responses, which effectively neutralized B.1.1.7 and B.1.351 SARS-CoV-2 variants of concern. These findings demonstrate the potential for BCG-based vaccination to protect against major SARS-CoV-2 variants circulating globally.

ABSTRACT Objective Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a major cause of global illness and death, most commonly caused by cigarette smoke. The mechanisms of pathogenesis remain poorly understood, limiting the development of effective therapies. The gastrointestinal microbiome has been implicated in chronic lung diseases via the gut-lung axis, but its role is unclear. Design Using an in vivo mouse model of cigarette smoke-induced COPD and fecal microbial transfer (FMT), we characterized the fecal microbiota using metagenomics, proteomics and metabolomics. Findings were correlated with airway and systemic inflammation, lung and gut histopathology, and lung function. Complex carbohydrates were assessed in mice using a high resistant starch diet, and in sixteen COPD patients using a randomized, double-blind, placebo-controlled pilot study of inulin supplementation. Results FMT alleviated hallmark features of COPD (inflammation, alveolar destruction, impaired lung function), gastrointestinal pathology and systemic immune changes. Protective effects were additive to smoking cessation. Disease features correlated with the relative abundance of Muribaculaceae, Desulfovibrionaceae and Lachnospiraceae family members. Proteomics and metabolomics identified downregulation of glucose and starch metabolism in cigarette smoke-associated microbiota, and supplementation of mice or human patients with complex carbohydrates improved disease outcomes. Conclusion The gut microbiome contributes to COPD pathogenesis and can be targeted therapeutically. What is already known on this topic Changes in gut microbiota are associated with COPD but the underlying host and microbial mechanisms are unclear, limiting the therapeutic applications. What this study adds Microbiome composition and metabolism is reproducibly correlated with lung and gastrointestinal pathology in experimental COPD. Microbiome modifying interventions effectively alleviate disease, including protective effects supplementing smoking cessation. Nutritional interventions targeting the microbiome in COPD patients demonstrate efficacy in a small pilot study. How this study might affect research, practice or policy Microbiome-targeting therapeutics and nutritional interventions may be developed for COPD, including as supplements to smoking cessation.

Tobacco smoking is prevalent across the world and causes numerous diseases. Cigarette smoke (CS) compromises immunity, yet little is known of the components of CS that impact T cell function. MR1 is a ubiquitous molecule that presents bacterial metabolites to MAIT cells, which are highly abundant in the lungs. Using in silico, cellular, and biochemical approaches, we identified components of CS that bind MR1 and impact MR1 cell surface expression. Compounds, including nicotinaldehyde, phenylpropanoid, and benzaldehyde-related scaffolds, bound within the A′ pocket of MR1. CS inhibited MAIT cell activation, ex vivo, via TCR-dependent and TCR-independent mechanisms. Chronic CS exposure altered MAIT cell phenotype and function and attenuated MAIT cell responses to influenza A virus infection in vivo. MR1-deficient mice were partially protected from the development of chronic obstructive pulmonary disease (COPD) features that were associated with CS exposure. Thus, CS can impair MAIT cell function by diverse mechanisms, and potentially contribute to infection susceptibility and disease exacerbations.