The similarities and differences between trained immunity and other immune processes are the subject of intense interrogation. Therefore, a consensus on the definition of trained immunity in both in vitro and in vivo settings, as well as in experimental models and human subjects, is necessary for advancing this field of research. Here we aim to establish a common framework that describes the experimental standards for defining trained immunity.

BCG vaccination in children protects against heterologous infections and improves survival independently of tuberculosis prevention. The phase III ACTIVATE trial assessed whether BCG has similar effects in the elderly. In this double-blind, randomized trial, elderly patients (n = 198) received BCG or placebo vaccine at hospital discharge and were followed for 12 months for new infections. At interim analysis, BCG vaccination significantly increased the time to first infection (median 16 weeks compared to 11 weeks after placebo). The incidence of new infections was 42.3% (95% CIs 31.9%–53.4%) after placebo vaccination and 25.0% (95% CIs 16.4%–36.1%) after BCG vaccination; most of the protection was against respiratory tract infections of probable viral origin (hazard ratio 0.21, p = 0.013). No difference in the frequency of adverse effects was found. Data show that BCG vaccination is safe and can protect the elderly against infections. Larger studies are needed to assess protection against respiratory infections, including COVID-19 (ClinicalTrials.gov NCT03296423).

Toll-like receptor (TLR)-dependent macrophage responses rely on acute increases in oxidative mitochondrial glucose metabolism that epigenetically support rapid proinflammatory transcriptional programming via histone acetylation. Subsequent suppression of oxidative metabolism restrains this metabolic-epigenetic support of proinflammatory gene transcription to enforce tolerance, an immunosuppressed state of innate immune memory. Identifying biology that promotes or counters these metabolic-epigenetic changes will inform therapeutic approaches to influence proinflammatory, antimicrobial, and immunosuppressed myeloid cellular states. Here, we demonstrate that Coenzyme A (CoA) is a ″ metabolic adjuvant ″, as supplying exogenous CoA to macrophages both enhances the magnitude of TLR-driven proinflammatory and antimicrobial responses, and reverse tolerance, via promotion of oxidative metabolism. Extracellular CoA, which we isotopically trace to show its direct uptake by macrophages, works synergistically with tonic TLR signaling, which we demonstrate is a critical regulator of nutrient uptake, metabolism, histone acetylation, and gene expression in macrophages. Together, TLR signaling and exogenous CoA promote mitochondrial glucose oxidation, acetyl-CoA production, and TLR target gene-specific histone acetylation, enhancing metabolic-epigenetic support of proinflammatory transcriptional programming. Exogenous CoA unlocks tumor-associated macrophage (TAM)-dependent TLR agonist anti-tumor activity in an in vivo breast cancer model, and promotes macrophage restriction of the intracellular bacterial pathogen Legionella pneumophila in vitro via an Irg1-dependent antimicrobial state of CoA-augmented itaconate biosynthesis. Our findings demonstrate direct acquisition of intact extracellular CoA, and the ability of this exogenously supplemented metabolic cofactor to augment a key oxidative metabolic-epigenetic pathway supporting proinflammatory and antimicrobial macrophage phenotypes. This may inform host-targeted metabolic adjuvant therapies to reverse myeloid immunosuppression.

The Bacille Calmette-Guerin (BCG) vaccine is a well-established inducer of innate immune memory (also termed trained immunity), causing increased cytokine production upon heterologous secondary stimulation. Innate immune responses are known to be influenced by season, but whether seasons impact induction of trained immunity is not known. To explore the influence of season on innate immune memory induced by the BCG vaccine, we vaccinated healthy volunteers with BCG either during winter or spring. Three months later, we measured the ex vivo cytokine responses against heterologous stimuli, analyzed gene expressions and epigenetic signatures of the immune cells, and compared these with the baseline before vaccination. BCG vaccination during winter induced a stronger increase in the production of pro-inflammatory cytokines by peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) upon stimulation with different bacterial and fungal stimuli, compared to BCG vaccination in spring. In contrast, winter BCG vaccination resulted in lower IFNγ release in PBMCs compared to spring BCG vaccination. Furthermore, NK cells of the winter-vaccinated people had a greater pro-inflammatory cytokine and IFNγ production capacity upon heterologous stimulation. BCG had only minor effects on the transcriptome of monocytes 3 months later. In contrast, we identified season-dependent epigenetic changes in monocytes and NK cells induced by vaccination, partly explaining the higher immune cell reactivity in the winter BCG vaccination group. These results suggest that BCG vaccination during winter is more prone to induce a robust trained immunity response by activating and reprogramming the immune cells, especially NK cells. (Dutch clinical trial registry no. NL58219.091.16)

Trained immunity is a long-lasting change in the responsiveness of innate immune cells, leading to a stronger response upon an unrelated secondary challenge. Epigenetic, transcriptional, and metabolic reprogramming contribute to the development of trained immunity. By investigating the impact of gene variants on trained immunity responses after Bacillus Calmette-Guérin (BCG) vaccination, we identified a strong association between polymorphisms in the RORA gene and BCG-induced trained immunity in PBMCs isolated from healthy human donors. RORα, encoded by the RORA gene in humans, is a nuclear receptor and a transcription factor, regulating genes involved in circadian rhythm, inflammation, cholesterol, and lipid metabolism. We found that natural RORα agonists in the circulation negatively correlate with the strength of trained immunity responses after BCG vaccination. Moreover, pharmacological inhibition of RORα in human PBMCs led to higher cytokine production capacity and boosted trained immunity induction by BCG. Blocking RORα activity also resulted in morphological changes and increased ROS and lactate production of BCG-trained cells. Blocking lactate dehydrogenase A (LDHA) and glycolysis with sodium oxamate reduced the cytokine production capacity of cells trained with a combination of BCG and the RORα agonist. In conclusion, this study highlights the potential role of RORα in trained immunity, and its impact on human vaccination and diseases should be further investigated.

Abstract As our ancestors migrated throughout the different continents, natural selection increased the presence of alleles advantageous in the new environments. Heritable variations that alter the susceptibility to diseases vary with the historical period, the virulence of the infections, and their geographical spread. In this study we built polygenic scores for heritable traits influencing the genetic adaptation in the production of cytokines and immune-mediated disorders, including infectious, inflammatory, and autoimmune diseases, and applied them to the genomes of several ancient European populations. We observed that the advent of the Neolithic was a turning point for immune-mediated traits in Europeans, favoring those alleles linked with the development of tolerance against intracellular pathogens and promoting inflammatory responses against extracellular microbes. These evolutionary patterns are also associated with an increased presence of traits related to inflammatory and auto-immune diseases.

Abstract Infections and vaccinations can induce long-term enhanced responses of innate immune cells to heterologous stimuli, establishing a de facto innate immunological memory termed trained immunity . Monocytes exposed to the Bacillus Calmette-Guérin (BCG) vaccine, have a trained immunity phenotype, characterized by an increased biosynthesis of different lipid mediators (LMs) derived from long-chain polyunsaturated fatty acids (PUFAs). Pharmacological and genetic approaches showed that long-chain PUFA synthesis and lipoxygenase (LOX)-derived LMs are crucial for the BCG trained immunity responses of human monocytes. Furthermore, monocytes of healthy individuals vaccinated with BCG are enriched in 12-LOX products. The elucidation of the lipid metabolic pathways that promote innate immune memory contributes to our understanding of trained immunity and may help identify therapeutic tools and targets for the modulation of innate immune responses.

Abstract Background Male sex and old age are risk factors for COVID-19 severity, but the underlying causes are unknown. A possible explanation for this might be the differences in immunological profiles in males and the elderly before the infection. Given the seasonal profile of COVID-19, the seasonal response against SARS-CoV-2 could also be different in these groups. Methods The abundance of circulating proteins and immune populations associated with severe COVID-19 was analyzed in 2 healthy cohorts. PBMCs of female, male, young, and old subjects in different seasons of the year were stimulated with heat-inactivated SARS-CoV-2. Result Several T cell subsets, which are known to be depleted in severe COVID-19 patients, were intrinsically less abundant in men and older individuals. Plasma proteins increasing with disease severity, including HGF, IL-8, and MCP-1, were more abundant in the elderly and males. The elderly produced significantly more IL-1RA and had a dysregulated IFNγ response with lower production in the summer compared with young individuals. Conclusions The immune characteristics of severe COVID-19, described by a differential abundance of immune cells and circulating inflammatory proteins, are intrinsically present in healthy men and the elderly. This might explain the susceptibility of men and the elderly to SARS-CoV-2 infection. Summary Immunological profile of severe COVID-19, characterized by altered immune cell populations and inflammatory plasma proteins is intrinsically present in healthy men and the elderly. Different age and sex groups show distinct seasonal responses to SARS-CoV-2.