Delta 9-tetrahydrocannabinol (THC), the principal psychoactive constituent of cannabis, is also known to modulate immune response in peripheral cells. The mechanisms of THC's effects on gene expression in human immune cells remains poorly understood. Combining a within-subject design with single cell transcriptome mapping, we report that administration of THC acutely alters gene expression in 15,973 human blood immune cells. Controlled for high inter-individual transcriptomic variability, we identified 294 transcriptome-wide significant genes among eight cell types including 69 common genes and 225 cell-type specific genes affected by acute THC administration, including those genes involving not only in immune response, cytokine production, but signal transduction, and cell proliferation and apoptosis. We revealed distinct transcriptomic sub-clusters affected by THC in major immune cell types where THC perturbed cell type-specific intracellular gene expression correlations. Gene set enrichment analysis further supports the findings of THC's common and cell-type specific effects on immune response and cell toxicity. We found that THC alters the correlation of cannabinoid receptor gene, CNR2, with other genes in B cells, in which CNR2 showed the highest level of expression. This comprehensive cell-specific transcriptomic profiling identified novel genes regulated by THC and provides important insights into THC's acute effects on immune function that may have important medical implications.

ABSTRACT There is an urgent need for animal models of COVID-19 to study immunopathogenesis and test therapeutic intervenes. In this study we showed that NSG mice engrafted with human lung (HL) tissue (NSG-L mice) could be infected efficiently by SARS-CoV-2, and that live virus capable of infecting Vero cells was found in the HL grafts and multiple organs from infected NSG-L mice. RNA-seq examination identified a series of differentially expressed genes, which are enriched in viral defense responses, chemotaxis, interferon stimulation, and pulmonary fibrosis between HL grafts from infected and control NSG-L mice. Furthermore, when infecting humanized mice with human immune system (HIS) and autologous HL grafts (HISL mice), the mice had bodyweight loss and hemorrhage and immune cell infiltration in HL grafts, which were not observed in immunodeficient NSG-L mice, indicating the development of anti-viral immune responses in these mice. In support of this possibility, the infected HISL mice showed bodyweight recovery and lack of detectable live virus at the later time. These results demonstrate that NSG-L and HISL mice are susceptible to SARS-CoV-2 infection, offering a useful in vivo model for studying SARS-CoV-2 infection and the associated immune response and immunopathology, and testing anti-SARS-CoV-2 therapies.