PD-1 blockade unleashes potent antitumor activity in CD8+ T cells but can also promote immunosuppressive T regulatory (Treg) cells, which may worsen the response to immunotherapy. Tumor-Treg inhibition is a promising strategy to improve the efficacy of checkpoint blockade immunotherapy; however, our understanding of the mechanisms supporting tumor-Tregs during PD-1 immunotherapy is incomplete. Here, we show that PD-1 blockade increases tumor-Tregs in mouse models of melanoma and metastatic melanoma patients. Mechanistically, Treg accumulation is not caused by Treg-intrinsic inhibition of PD-1 signaling but depends on an indirect effect of activated CD8+ T cells. CD8+ T cells produce IL-2 and colocalize with Tregs in mouse and human melanomas. IL-2 upregulates the anti-apoptotic protein ICOS on tumor-Tregs, promoting their accumulation. Inhibition of ICOS signaling before PD-1 immunotherapy improves control over immunogenic melanoma. Thus, interrupting the intratumor CD8+ T cell:Treg crosstalk represents a strategy to enhance the therapeutic efficacy of PD-1 immunotherapy.

ABSTRACT E-cigarette and vaping device use continue to rise, particularly in adolescents and young adults, but the safety of inhaling the multitude of chemicals within e-cigarette aerosols has been questioned. While several studies have evaluated vaping effects on the lungs and heart; effects on the gastrointestinal tract remain unknown. Using established murine models of acute (1 week) and chronic (3 month) daily e-cigarette aerosol inhalation, both with nicotine-containing and vehicle control e-liquids, murine colon transcriptomics and organoid co-culture models, we assessed the effects of e-cigarette use on the gut barrier and mucosal health. Histologic analyses revealed that chronic exposure to nicotine-free e-cigarette aerosols induced mucosal inflammation. Transcriptome analyses revealed that chronic, but not acute, nicotine-free e-cigarette use significantly reduced expression of tight junction markers, including occluding, and drove expression of pro-inflammatory cytokines. Exposure of murine and human enteroid-derived monolayers (EDMs) to nicotine-free e-cigarette aerosols alone, or in co-culture with invasive E. coli, confirmed that repetitive exposure was sufficient to recapitulate the key findings observed in vivo , i.e., barrier-disruption, downregulation of occludin, inflammation, and an accentuated risk of and response to bacterial infection. These data highlight an unexpected harmful effect of e-cigarette use on the gut barrier and pinpoint non-nicotine chemical components common across >90% of e-cigarette e-liquids as the source of harm. Given the ever-expanding importance of the integrity of the gut barrier for host fitness, and impact of gut mucosal inflammation on a multitude of chronic diseases, these findings are broadly relevant to medicine and public health. SIGNIFICANCE The safety of electronic cigarettes has been questioned amidst emerging evidence that they may derail our immune system and increase our susceptibility to infections. Despite these insights, their impact on the most critical entity that separates trillions of microbes from the largest immune system in our body, i.e., the gut barrier, remains unexplored. Using a combination of mouse models, gut transcriptomics, and murine and human gut-derived organoids, here we show that chronic exposure to aerosols of electronic-cigarette disrupts the gut barrier, increases its susceptibility to bacterial infections and triggers inflammation. Given the importance of the gut barrier in the maintenance of immune homeostasis, these findings provide valuable insights into the potential long-term harmful effects of electronic cigarettes on health.

Abstract RATIONALE A history of chronic cigarette smoking is known to increase risk for ARDS, but the corresponding risks associated with chronic e-cigarette use are largely unknown. The chromosomal fragile site gene, WWOX, is highly susceptible to genotoxic stress from environmental exposures, and thus an interesting candidate gene for the study of exposure-related lung disease. METHODS AND RESULTS Lungs harvested from current versus former/never smokers exhibited a 47% decrease in WWOX mRNA levels. Exposure to nicotine-containing e-cigarette vapor resulted in an average 57% decrease in WWOX mRNA levels relative to vehicle treated controls. In separate studies, endothelial (EC)-specific WWOX KO versus wild type mice were examined under ARDS-producing conditions. EC WWOX KO mice exhibited significantly greater levels of vascular leak and histologic lung injury. ECs were isolated from digested lungs of untreated EC WWOX KO mice using sorting by flow cytometry for CD31+CD45- cells. These were grown in culture, confirmed to be WWOX-deficient by RT-PCR and Western blotting, and analyzed by electric cell impedance sensing (ECIS) as well as a FITC dextran transwell assay for their barrier properties during MRSA or LPS exposure. WWOX KO ECs demonstrated significantly greater declines in barrier function relative to wild type cells during either MRSA or LPS treatment as measured by both ECIS and the transwell assay. CONCLUSION The increased risk for ARDS observed in chronic smokers may be mechanistically linked, at least in part, to lung WWOX downregulation, and this phenomenon may also manifest in the near future in chronic users of e-cigarettes.

SUMMARY PD-1 blockade unleashes the potent antitumor activity of CD8 cells but can also promote immunosuppressive T regulatory (Treg) cells, which may worsen response to immunotherapy. Tumor Treg inhibition is a promising strategy to overcome therapeutic resistance; however, the mechanisms supporting tumor Tregs during PD-1 immunotherapy are largely unexplored. Here, we report that PD-1 blockade increases tumor Tregs in mouse models of immunogenic tumors, including melanoma, and metastatic melanoma patients. Unexpectedly, Treg accumulation was not caused by Treg-intrinsic inhibition of PD-1 signaling but instead depended on an indirect effect of activated CD8 cells. CD8 cells colocalized with Tregs within tumors and produced IL-2, especially after PD-1 immunotherapy. IL-2 upregulated the anti-apoptotic protein ICOS on tumor Tregs, causing their accumulation. ICOS signaling inhibition before PD-1 immunotherapy resulted in increased control of immunogenic melanoma. Thus, interrupting the intratumor CD8:Treg crosstalk is a novel strategy that may enhance the efficacy of immunotherapy in patients.

Abstract While health effects of conventional tobacco are well defined, data on vaping devices, including the most popular e-cigarette JUUL, are less established. Prior acute e-cigarette studies demonstrated inflammatory and cardiopulmonary physiology changes while chronic studies demonstrated extra-pulmonary effects, including neurotransmitter alterations in reward pathways. In this study we investigated effects of chronic flavored JUUL aerosol inhalation on inflammatory markers in brain, lung, heart, and colon. JUUL induced upregulation of cytokine and chemokine gene expression and increased HMGB1 and RAGE in the nucleus accumbens. Inflammatory gene expression increased in colon, and cardiopulmonary inflammatory responses to acute lung injury with lipopolysaccharide were exacerbated in the heart. Flavor-dependent changes in several responses were also observed. Our findings raise concerns regarding long-term risks of e-cigarette use as neuroinflammation may contribute to behavioral changes and mood disorders, while gut inflammation has been tied to poor systemic health and cardiac inflammation to development of heart disease. One Sentence Summary Chronic, daily inhalation of pod-based e-cigarette aerosols alters the inflammatory state across multiple organ systems in mice.