Adaptive features of innate immunity, recently described as "trained immunity," have been documented in plants, invertebrate animals, and mice, but not yet in humans. Here we show that bacille Calmette-Guérin (BCG) vaccination in healthy volunteers led not only to a four- to sevenfold increase in the production of IFN-γ, but also to a twofold enhanced release of monocyte-derived cytokines, such as TNF and IL-1β, in response to unrelated bacterial and fungal pathogens. The enhanced function of circulating monocytes persisted for at least 3 mo after vaccination and was accompanied by increased expression of activation markers such as CD11b and Toll-like receptor 4. These training effects were induced through the NOD2 receptor and mediated by increased histone 3 lysine 4 trimethylation. In experimental studies, BCG vaccination induced T- and B-lymphocyte-independent protection of severe combined immunodeficiency SCID mice from disseminated candidiasis (100% survival in BCG-vaccinated mice vs. 30% in control mice). In conclusion, BCG induces trained immunity and nonspecific protection from infections through epigenetic reprogramming of innate immune cells.

We have recently shown that BCG (Bacillus Calmette-Guérin) vaccination in healthy volunteers induces epigenetic reprogramming of monocytes, leading to increased cytokine production in response to nonrelated pathogens for up to 3 months after vaccination. This phenomenon was named ‘trained immunity'. In the present study we assessed whether BCG was able to induce long-lasting effects on both trained immunity and heterologous T helper 1 (Th1) and Th17 immune responses 1 year after vaccination. The production of TNFα and IL-1β to mycobacteria or unrelated pathogens was higher after 2 weeks and 3 months postvaccination, but these effects were less pronounced 1 year after vaccination. However, monocytes recovered 1 year after vaccination had an increased expression of pattern recognition receptors such as CD14, Toll-like receptor 4 (TLR4) and mannose receptor, and this correlated with an increase in proinflammatory cytokine production after stimulation with the TLR4 ligand lipopolysaccharide. The heterologous production of Th1 (IFN-γ) and Th17 (IL-17 and IL-22) immune responses to nonmycobacterial stimulation remained strongly elevated even 1 year after BCG vaccination. In conclusion, BCG induces sustained changes in the immune system associated with a nonspecific response to infections both at the level of innate trained immunity and at the level of heterologous Th1/Th17 responses.