Abstract Analysis of human blood immune cells provides insights into the coordinated response to viral infections such as severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, which causes coronavirus disease 2019 (COVID-19). We performed single-cell transcriptome, surface proteome and T and B lymphocyte antigen receptor analyses of over 780,000 peripheral blood mononuclear cells from a cross-sectional cohort of 130 patients with varying severities of COVID-19. We identified expansion of nonclassical monocytes expressing complement transcripts ( CD16 + C1QA/B/C + ) that sequester platelets and were predicted to replenish the alveolar macrophage pool in COVID-19. Early, uncommitted CD34 + hematopoietic stem/progenitor cells were primed toward megakaryopoiesis, accompanied by expanded megakaryocyte-committed progenitors and increased platelet activation. Clonally expanded CD8 + T cells and an increased ratio of CD8 + effector T cells to effector memory T cells characterized severe disease, while circulating follicular helper T cells accompanied mild disease. We observed a relative loss of IgA2 in symptomatic disease despite an overall expansion of plasmablasts and plasma cells. Our study highlights the coordinated immune response that contributes to COVID-19 pathogenesis and reveals discrete cellular components that can be targeted for therapy.

Rationale: Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a chronic dysregulated response to alveolar epithelial injury with differentiation of epithelial cells and fibroblasts into matrix-secreting myofibroblasts resulting in lung scaring. The prognosis is poor and there are no effective therapies or reliable biomarkers. Galectin-3 is a β-galactoside binding lectin that is highly expressed in fibrotic tissue of diverse etiologies.Objectives: To examine the role of galectin-3 in pulmonary fibrosis.Methods: We used genetic deletion and pharmacologic inhibition in well-characterized murine models of lung fibrosis. Further mechanistic studies were performed in vitro and on samples from patients with IPF.Measurements and Main Results: Transforming growth factor (TGF)-β and bleomycin-induced lung fibrosis was dramatically reduced in mice deficient in galectin-3, manifest by reduced TGF-β1–induced EMT and myofibroblast activation and collagen production. Galectin-3 reduced phosphorylation and nuclear translocation of β-catenin but had no effect on Smad2/3 phosphorylation. A novel inhibitor of galectin-3, TD139, blocked TGF-β–induced β-catenin activation in vitro and in vivo and attenuated the late-stage progression of lung fibrosis after bleomycin. There was increased expression of galectin-3 in the bronchoalveolar lavage fluid and serum from patients with stable IPF compared with nonspecific interstitial pneumonitis and controls, which rose sharply during an acute exacerbation suggesting that galectin-3 may be a marker of active fibrosis in IPF and that strategies that block galectin-3 may be effective in treating acute fibrotic exacerbations of IPF.Conclusions: This study identifies galectin-3 as an important regulator of lung fibrosis and provides a proof of principle for galectin-3 inhibition as a potential novel therapeutic strategy for IPF.

Rationale: Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a devastating disease. Antiinflammatory therapies, including corticosteroids, are of no benefit. The role of monocytes and macrophages is therefore controversial.Objectives: To define the role of monocytes and macrophages during lung fibrogenesis and resolution, and explore the phenotype of the cells involved.Methods: We used multiple in vivo depletional strategies, backed up by adoptive transfer techniques. Further studies were performed on samples from patients with IPF.Measurements and Main Results: Depletion of lung macrophages during fibrogenesis reduced pulmonary fibrosis as measured by lung collagen (P = 0.0079); fibrosis score (P = 0.0051); and quantitative polymerase chain reaction for surrogate markers of fibrosis Col1 (P = 0.0083) and α-smooth muscle actin (P = 0.0349). There was an associated reduction in markers of the profibrotic alternative macrophage activation phenotype, Ym1 (P = 0.0179), and Arginase1. The alternative macrophage marker CD163 was expressed on lung macrophages from patients with IPF. Depletion of Ly6Chi circulating monocytes reduced pulmonary fibrosis (P = 0.0052) and the number of Ym1-positive alternatively activated lung macrophages (P = 0.0310). Their adoptive transfer during fibrogenesis exacerbated fibrosis (P = 0.0304); however, adoptively transferred CD45.1 Ly6Chi cells were not found in the lungs of recipient CD45.2 mice.Conclusions: We demonstrate the importance of circulating monocytes and lung macrophages during pulmonary fibrosis, and emphasize the importance of the alternatively activated macrophage phenotype. We show that Ly6Chi monocytes facilitate the progression of pulmonary fibrosis, but are not obviously engrafted into lungs thereafter. Finally, we provide empirical data to suggest that macrophages may have a resolution-promoting role during the reversible phase of bleomycin-induced pulmonary fibrosis.

The impact of globalization on the emergence and spread of pathogens is an important veterinary and public health issue. Staphylococcus aureus is a notorious human pathogen associated with serious nosocomial and community-acquired infections. In addition, S. aureus is a major cause of animal diseases including skeletal infections of poultry, which are a large economic burden on the global broiler chicken industry. Here, we provide evidence that the majority of S. aureus isolates from broiler chickens are the descendants of a single human-to-poultry host jump that occurred approximately 38 years ago (range, 30 to 63 years ago) by a subtype of the worldwide human ST5 clonal lineage unique to Poland. In contrast to human subtypes of the ST5 radiation, which demonstrate strong geographic clustering, the poultry ST5 clade was distributed in different continents, consistent with wide dissemination via the global poultry industry distribution network. The poultry ST5 clade has undergone genetic diversification from its human progenitor strain by acquisition of novel mobile genetic elements from an avian-specific accessory gene pool, and by the inactivation of several proteins important for human disease pathogenesis. These genetic events have resulted in enhanced resistance to killing by chicken heterophils, reflecting avian host-adaptive evolution. Taken together, we have determined the evolutionary history of a major new animal pathogen that has undergone rapid avian host adaptation and intercontinental dissemination. These data provide a new paradigm for the impact of human activities on the emergence of animal pathogens.

Bronchiectasis is a chronic debilitating disease with few evidence-based long-term treatments.A randomized controlled trial assessing the efficacy of nebulized gentamicin therapy over 1 year in patients with non-cystic fibrosis bronchiectasis.Sixty-five patients were randomized to either twice-daily nebulized gentamicin, 80 mg, or nebulized 0.9% saline, for 12 months. All were reviewed at three-monthly intervals during treatment and at 3 months' follow-up.At each review the following were assessed: quantitative and qualitative sputum bacteriology; sputum purulence and 24-hour volume; FEV(1), FVC, and forced expiratory flow, midexpiratory phase; exercise capacity; Leicester Cough Questionnaire and St. George's Respiratory Questionnaire; and exacerbation frequency. Fifty-seven patients completed the study. At the end of 12 months' treatment, compared with the saline group, in the gentamicin group there was reduced sputum bacterial density with 30.8% eradication in those infected with Pseudomonas aeruginosa and 92.8% eradication in those infected with other pathogens; less sputum purulence (8.7% vs. 38.5%; P < 0.0001); greater exercise capacity (510 [350-690] m vs. 415 [267.5-530] m; P = 0.03); and fewer exacerbations (0 [0-1] vs. 1.5 [1-2]; P < 0.0001) with increased time to first exacerbation (120 [87-161.5] d vs. 61.5 [20.7-122.7] d; P = 0.02). The gentamicin group had greater improvements in Leicester Cough Questionnaire (81.4% vs. 20%; P < 0.01) and St. George's Respiratory Questionnaire (87.5% vs. 19.2%; P < 0.004) score. No differences were seen in 24-hour sputum volume, FEV(1), FVC, or forced expiratory flow, midexpiratory phase. No P. aeruginosa isolates developed resistance to gentamicin. At follow-up, all outcome measures were similar to baseline.Regular, long-term nebulized gentamicin is of significant benefit in non-cystic fibrosis bronchiectasis but treatment needs to be continuous for its ongoing efficacy. Clinical trial registered with www.clinicaltrials.gov (NCT 00749866).

Abstract The nasal epithelium is a plausible entry point for SARS-CoV-2, a site of pathogenesis and transmission, and may initiate the host response to SARS-CoV-2. Antiviral interferon (IFN) responses are critical to outcome of SARS-CoV-2. Yet little is known about the interaction between SARS-CoV-2 and innate immunity in this tissue. Here we applied single-cell RNA sequencing and proteomics to a primary cell model of human nasal epithelium differentiated at air-liquid interface. SARS-CoV-2 demonstrated widespread tropism for nasal epithelial cell types. The host response was dominated by type I and III IFNs and interferon-stimulated gene products. This response was notably delayed in onset relative to viral gene expression and compared to other respiratory viruses. Nevertheless, once established, the paracrine IFN response began to impact on SARS-CoV-2 replication. When provided prior to infection, recombinant IFNβ or IFNλ1 induced an efficient antiviral state that potently restricted SARS-CoV-2 viral replication, preserving epithelial barrier integrity. These data suggest that the IFN-I/III response to SARS-CoV-2 initiates in the nasal airway and suggest nasal delivery of recombinant IFNs to be a potential chemoprophylactic strategy.

ABSTRACT Inflammatory responses are important in cancer, particularly in the context of monocyte-rich aggressive myeloid neoplasm. We developed a label-free cellular phenotypic drug discovery assay to identify anti-inflammatory drugs in human monocytes derived from acute myeloid leukaemia (AML), by tracking several biological features ionizing from only 2,500 cells using matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight (MALDI-TOF) mass spectrometry. A proof-of-concept screen showed that the BCR-ABL inhibitor nilotinib, but not the structurally similar imatinib, blocks inflammatory responses. In order to identify the cellular (off-)targets of nilotinib, we performed thermal proteome profiling (TPP). Unlike imatinib, nilotinib and other later generation BCR-ABL inhibitors inhibit the p38α-MK2/3 signalling axis which suppressed the expression of inflammatory cytokines, cell adhesion and innate immunity markers in activated human monocytes derived from AML. Thus, our study provides a tool for the discovery of new anti-inflammatory drugs, which could contribute to the treatment of inflammation in myeloid neoplasms and other diseases. Key Points Label-free cell-based assay identifies new anti-inflammatory drugs using MALDI-TOF MS. Nilotinib reduces inflammation by inhibition of MAPK14-MK2/3 signalling axis in AML.

Fluorine 19 MRI of inhaled perfluoropropane enabled quantification of lung ventilation defects in participants with asthma and chronic obstructive pulmonary disease before and after bronchodilator therapy.

Abstract Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS), an often-fatal complication of pulmonary or systemic inflammation, has no cure. Hypoxemia is a defining feature, yet its impact on inflammation is often neglected. Patients with ARDS are monocytopenic early in the onset of the disease. Endotoxin or Streptococcus pneumoniae acute lung injury (ALI) in the context of hypoxia replicates this finding, through hypoxia-driven suppression of type I interferon signalling. This results in failed lung monocyte-derived interstitial macrophages (IM) niche expansion and unchecked neutrophilic inflammation. Administration of colony stimulating factor 1 (CSF1) rescues the monocytopenia, alters the circulating classical monocyte phenotype in hypoxic endotoxin-driven ALI and enables lung IM population expansion, thus limiting lung injury in endotoxin- and virally-induced hypoxic ALI. Hypoxia directly alters immune dynamics to the detriment of the host and manipulation of this aberrant response offers new therapeutic strategies for ARDS.

Hypersensitivity pneumonitis (HP) is characterised by an excessive pulmonary T cell response in susceptible individuals after exposure to inhaled antigens. The most effective treatment for the condition is antigen avoidance, but in most cases an antigen cannot be identified. Profiling antigen-specific T cell responses may form the basis of a strategy to identify causative antigens of the disease. We used public RNA sequencing data and reconstructed T cell receptor (TCR) repertoires from blood and bronchoalveolar lavage samples from patients with HP, idiopathic pulmonary fibrosis and healthy controls. After excluding TCR sequences likely to be related to common microbial exposures in patients with HP, we identified TCRs shared between patients with shared human leukocyte antigen alleles, indicating patients likely to have a common causative antigen. We also identified clusters of TCRs containing identical and similar TCR clones in individual patients that are plausibly related to the causative antigens in those patients. These results establish the feasibility of profiling TCR repertoires to identify antigens in HP.