Abstract In 2017 over 550,000 estimated new cases of multi-drug/rifampicin resistant tuberculosis (MDR/RR-TB) occurred, emphasizing a need for new treatment strategies. Linezolid (LZD) is a potent antibiotic for drug-resistant Gram-positive infections and is an effective treatment for TB. However, extended LZD use can lead to LZD-associated host toxicities, most commonly bone marrow suppression. LZD toxicities may be mediated by IL-1, an inflammatory pathway important for early immunity during M. tuberculosis infection. However, IL-1 can contribute to pathology and disease severity late in TB progression. Since IL-1 may contribute to LZD toxicity and does influence TB pathology, we targeted this pathway with a potential host-directed therapy (HDT). We hypothesized LZD efficacy could be enhanced by modulation of IL-1 pathway to reduce bone marrow toxicity and TB associated-inflammation. We used two animal models of TB to test our hypothesis, a TB-susceptible mouse model and clinically relevant cynomolgus macaques. Antagonizing IL-1 in mice with established infection reduced lung neutrophil numbers and partially restored the erythroid progenitor populations that are depleted by LZD. In macaques, we found no conclusive evidence of bone marrow suppression associated with LZD, indicating our treatment time may have been short enough to avoid the toxicities observed in humans. Though treatment was only 4 weeks (the FDA approved regimen at the time of study), we observed sterilization of the majority of granulomas regardless of co-administration of the FDA-approved IL-1 receptor antagonist (IL-1Rn), also known as Anakinra. However total lung inflammation was significantly reduced in macaques treated with IL-1Rn and LZD compared to LZD alone. Importantly, IL-1Rn administration did not impair the host response against Mtb or LZD efficacy in either animal model. Together, our data support that inhibition of IL-1 in combination with LZD has potential to be an effective HDT for TB and the need for further research in this area.

ABSTRACT Mycobacterium tuberculosis (Mtb) infection triggers a significant influx of neutrophils to the lungs, which is linked to tuberculosis (TB) severity. The mechanism by which Mtb infection induces neutrophillic inflammation remains unclear. Using a clinically relevant and hypervirulent Mtb strain from the W-Beijing family, HN878, we found that genes related to both glycolysis and fatty acid metabolism are upregulated in the lung neutrophils of susceptible mice. Similar effects in gene expression were observed in rabbits, and humans with pulmonary TB compared to healthy controls. Inhibiting glycolysis with 2-deoxy D-glucose (2-DG) exacerbated disease pathology, while fatty acid oxidation (FAO) inhibitor Etomoxir (ETO) improved outcomes by reducing weight loss, immunopathology, and bacterial replication within neutrophils in genetically susceptible mice. Notably, ETO reduced neutrophil production in the bone marrow and their recruitment to the lungs. ETO specifically restrained the recruitment of Ly6G low/dim immature neutrophil population, which is elevated during disease progression and harbors the bulk of bacilli. In a transwell setup, we demonstrated that ETO dose-dependently inhibited neutrophil chemotaxis towards infected macrophages. In summary, our research highlights the crucial role of fatty acid metabolism in regulating neutrophilic inflammation during TB and provides a rationale for targeting immunometabolism of neutrophils for potential TB treatment.

ABSTRACT Mycobacterium tuberculosis (Mtb) infection induces persistent influx of neutrophils that associates with poor bacterial control and clinical outcome from tuberculosis (TB). Although implicated in TB pathology, the mechanism by which these cells contribute to pathogenesis is poorly understood. Using Cell-DIVE multiplexed immunofluorescence imaging and spatial analysis of inflammatory TB lesions, we demonstrated that persistent neutrophil infiltration affects the spatiotemporal organization of T-lymphocytes and impairs their function. Instead of directly suppressing T-cells, neutrophils produce granulocyte colony stimulating factor (CSF3/G-CSF) that collaborates with type I interferon (IFN-I) to promote a granulocyte-skewed hematopoiesis impacting T-lymphocyte production. Importantly, neutrophil-intrinsic IFN-I receptor 1 (IFNAR1) is both necessary and sufficient to promote pathologic granulopoiesis. Finally, inhibition of IFNAR1-signaling alone mitigates immunopathogenesis by restoring hematopoietic equilibrium. Collectively, our work uncovers a potential immunevasion strategy by which virulent Mtb strains induce IFN-I to generate pathogen-permissive neutrophils that produce G-CSF and sustain pathogenic hematopoiesis to impair T-cell immunity during TB.