Abstract Oxidized cholesterols have emerged as important signaling molecules of immune function, but little is known about the role of these oxysterols during mycobacterial infections. We found that expression of the oxysterol-receptor GPR183 was reduced in blood from patients with tuberculosis (TB) and type 2 diabetes (T2D) compared to TB patients without T2D and was associated with TB disease severity on chest x-ray. GPR183 activation by 7α,25-hydroxycholesterol (7α,25-OHC) reduced growth of Mycobacterium tuberculosis (Mtb) and Mycobacterium bovis BCG in primary human monocytes, an effect abrogated by the GPR183 antagonist GSK682753. Growth inhibition was associated with reduced IFN-β and IL-10 expression and enhanced autophagy. Mice lacking GPR183 had significantly increased lung Mtb burden and dysregulated IFNs during early infection. Together, our data demonstrate that GPR183 is an important regulator of intracellular mycobacterial growth and interferons during mycobacterial infection. Graphical Abstract

Abstract Type 2 diabetes (T2D) is a well-known risk factor for tuberculosis (TB), but little is known about pre-diabetes and the relative contribution of impaired glucose tolerance vs . obesity towards susceptibility to TB. Here, we developed a preclinical model of pre-diabetes and TB. Mice fed a high fat diet (HFD) for 12 weeks presented with impaired glucose tolerance and hyperinsulinemia compared to mice fed normal chow diet (NCD). Infection with M. tuberculosis (Mtb) H 37 R v after the onset of dysglycemia was associated with significantly increased lung pathology, lower concentrations of TNF-a, IFN-g, IFN-β and IL-10 and a trend towards higher bacterial burden at 3 weeks post infection. To determine whether the increased susceptibility of pre-diabetic mice to TB is reversible and is associated with dysglycemia or increased body fat mass, we performed a diet reversal experiment. Pre-diabetic mice were fed a NCD for 10 additional weeks (HFD/NCD) at which point glucose tolerance was restored, but body fat mass remained higher compared to control mice that consumed NCD throughout the entire experiment (NCD/NCD). Upon Mtb infection HFD/NCD mice had significantly lower bacterial burden compared to NCD/NCD mice and this was accompanied by restored IFN-γ responses. Our findings demonstrate that pre-diabetes increases susceptibility to TB, but a high body mass index without dysglycemia is protective. This murine model offers the opportunity to further study the underlying immunological, metabolic and endocrine mechanisms of this association.

ABSTRACT The ongoing transmission of influenza A viruses (IAV) for the past century continues to be a burden to humans. IAV binds terminal sialic acids (SA) of sugar molecules present within the upper respiratory tract (URT) in order to successfully infect hosts. The two most common SA structures that are important for IAV infection are those with α2,3- and α2,6-linkages. While mice were once considered to be an unsuitable system for studying IAV transmission due to their lack of α2,6-SA in the trachea, we have successfully demonstrated that IAV transmission in infant mice is remarkably efficient. This finding led us to reevaluate the SA composition of the URT of mice using in situ immunofluorescence and examine its in vivo contribution to transmission for the first time. We demonstrate that mice express both α2,3- and α2,6-SA in the URT and that the difference in expression between infants and adults contribute to the variable transmission efficiencies observed. Furthermore, selectively blocking α2,3-SA or α2,6-SA within the URT of infant mice using lectins was necessary but insufficient at inhibiting transmission, and simultaneous blockade of both receptors was crucial in achieving the desired inhibitory effect. By employing a broadly-acting neuraminidase (ba-NA) to indiscriminately remove both SA moieties in vivo , we effectively suppressed viral shedding and halted the transmission of different strains of influenza viruses. These results emphasize the utility of the infant mouse model for studying IAV transmission, and strongly indicate that broadly targeting host SA is an effective approach that inhibits IAV contagion. IMPORTANCE Influenza virus transmission studies have historically focused on viral mutations that alter hemagglutinin binding to sialic acid (SA) receptors in vitro . However, SA binding preference doesn’t fully account for the complexities of IAV transmission in humans. Our previous findings reveal that viruses that are known to bind α2,6-SA in vitro have different transmission kinetics in vivo , suggesting that diverse SA interactions may occur during their life-cycle. In this study, we examine the role of host SA on viral replication, shedding, and transmission in vivo . We highlight the critical role of SA presence during virus shedding, such that attachment to SA during virion egress is equally important as detachment from SA during virion release. These insights support the potential of broadly-acting neuraminidases as therapeutic agents capable of restraining viral transmission in vivo . Our study unveils intricate virus-host interactions during shedding, highlighting the necessity to develop innovative strategies to effectively target transmission.

ABSTRACT We previously reported that the oxidised cholesterol-sensing receptor GPR183 is significantly downregulated in blood from tuberculosis (TB) patients with diabetes compared to TB patients without co-morbidities and that lower GPR183 expression in blood is associated with more severe pulmonary TB on chest-x-ray consistent with observations in dysglycemic mice. To further elucidate the role of this receptor and its endogenous high affinity agonist 7α,25-di-hydroxycholesterol (7α,25-OHC) in the lung, we studied high fat diet (HFD)-induced dysglycemic mice infected with M . tuberculosis . We found that the 7α,25-OHC-producing enzymes cholesterol 25-hydroxylase (CH25H) and cytochrome P450 family 7 subfamily member B1 (CYP7B1) were highly upregulated upon M. tuberculosis infection in the lungs of normoglycemic mice, and this was associated with increased expression of GPR183 indicative of effective recruitment of GPR183-expressing immune cells to the site of infection. We demonstrated that CYP7B1 was predominantly expressed by macrophages in the centre of TB granulomas. Expression of CYP7B1 was significantly blunted in lungs from HFD-fed dysglycemic animals and this coincided with delayed recruitment of macrophages to the lung during early infection and more severe lung pathology. GPR183 deficient mice similarly had reduced macrophage recruitment during early infection demonstrating a requirement of the GPR183/oxysterol axis for macrophage infiltration into the lung in TB. Together our data demonstrate that oxidised cholesterols and GPR183 play an important role in positioning macrophages to the site of M. tuberculosis infection and that this is impaired by HFD-induced dysglycemia, adding a mechanistic explanation to the poorer TB outcomes in patients with diabetes.

Abstract Rationale Severe viral respiratory infections are often characterized by extensive myeloid cell infiltration and activation and persistent lung tissue injury. However, the immunological mechanisms driving excessive inflammation in the lung remain elusive. Objectives To identify the mechanisms that drive immune cell recruitment in the lung during viral respiratory infections and identify novel drug targets to reduce inflammation and disease severity. Methods Preclinical murine models of influenza virus and SARS-CoV-2 infection. Results Oxidized cholesterols and the oxysterol-sensing receptor GPR183 were identified as drivers of monocyte-macrophage infiltration to the lung during influenza virus (IAV) and SARS-CoV-2 infections. Both IAV and SARS-CoV-2 infections upregulated the enzymes cholesterol 25-hydroxylase (CH25H) and cytochrome P450 family 7 subfamily member B1 (CYP7B1) in the lung, resulting in local production of the oxidized cholesterols 25-hydroxycholesterol and 7α,25-dihydroxycholesterol (7α,25-OHC). Loss-of-function mutation of GPR183, or treatment with a GPR183 antagonist, reduced macrophage infiltration and inflammatory cytokine production in the lungs of IAV- or SARS-CoV-2-infected mice. The GPR183 antagonist also significantly attenuated the severity of SARS-CoV-2 infection by reducing weight loss and viral loads. Conclusion This study demonstrates that oxysterols drive inflammation in the lung and provides the first preclinical evidence for therapeutic benefit of targeting GPR183 during severe viral respiratory infections. Author Summary Viral infections trigger oxysterol production in the lung, attracting macrophages via GPR183. Blocking GPR183 reduced inflammation and disease severity in SARS-CoV-2 infection, making GPR183 a putative target for therapeutic intervention.