Tuberculosis remains second only to HIV/AIDS as the leading cause of mortality worldwide due to a single infectious agent. Despite chemotherapy, the global tuberculosis epidemic has intensified because of HIV co-infection, the lack of an effective vaccine and the emergence of multi-drug-resistant bacteria. Alternative host-directed strategies could be exploited to improve treatment efficacy and outcome, contain drug-resistant strains and reduce disease severity and mortality. The innate inflammatory response elicited by Mycobacterium tuberculosis (Mtb) represents a logical host target. Here we demonstrate that interleukin-1 (IL-1) confers host resistance through the induction of eicosanoids that limit excessive type I interferon (IFN) production and foster bacterial containment. We further show that, in infected mice and patients, reduced IL-1 responses and/or excessive type I IFN induction are linked to an eicosanoid imbalance associated with disease exacerbation. Host-directed immunotherapy with clinically approved drugs that augment prostaglandin E2 levels in these settings prevented acute mortality of Mtb-infected mice. Thus, IL-1 and type I IFNs represent two major counter-regulatory classes of inflammatory cytokines that control the outcome of Mtb infection and are functionally linked via eicosanoids. Our findings establish proof of concept for host-directed treatment strategies that manipulate the host eicosanoid network and represent feasible alternatives to conventional chemotherapy.

To investigate the respective contributions of TLR versus IL-1R mediated signals in MyD88 dependent control of Mycobacterium tuberculosis, we compared the outcome of M. tuberculosis infection in MyD88, TRIF/MyD88, IL-1R1, and IL-1beta-deficient mice. All four strains displayed acute mortality with highly increased pulmonary bacterial burden suggesting a major role for IL-1beta signaling in determining the MyD88 dependent phenotype. Unexpectedly, the infected MyD88 and TRIF/MyD88-deficient mice, rather than being defective in IL-1beta expression, displayed increased cytokine levels relative to wild-type animals. Similarly, infected mice deficient in caspase-1 and ASC, which have critical functions in inflammasome-mediated IL-1beta maturation, showed unimpaired IL-1beta production and importantly, were considerably less susceptible to infection than IL-1beta deficient mice. Together our findings reveal a major role for IL-1beta in host resistance to M. tuberculosis and indicate that during this infection the cytokine can be generated by a mechanism that does not require TLR signaling or caspase-1.

Early events in the host response to SARS-CoV-2 are thought to play a major role in determining disease severity. During pulmonary infection, the virus encounters both myeloid and epithelioid lineage cells that can either support or restrict pathogen replication as well as respond with host protective versus detrimental mediators. In addition to providing partial protection against pediatric tuberculosis, vaccination with bacille Calmette-Guérin (BCG) has been reported to confer non-specific resistance to unrelated pulmonary pathogens, a phenomenon attributed to the induction of long-lasting alterations within the myeloid cell compartment. Here we demonstrate that prior intravenous, but not subcutaneous, administration of BCG protects human-ACE2 transgenic mice against lethal challenge with SARS-CoV-2 and results in reduced viral loads in non-transgenic animals infected with an alpha variant. The observed increase in host resistance was associated with reductions in SARS-CoV-2-induced tissue pathology, inflammatory cell recruitment and cytokine production that multivariate analysis revealed to be only partially related to diminished viral load. We propose that this protection stems from BCG-induced alterations in the composition and function of the pulmonary cellular compartment that impact the innate response to the virus and the ensuing immunopathology.

Summary Helminth endemic regions report lower COVID-19 morbidity and mortality. Here, we show that lung remodeling from a prior infection with a lung migrating helminth, Nippostrongylus brasiliensis , enhances viral clearance and survival of human-ACE2 transgenic mice challenged with SARS-CoV-2 (SCV2). This protection is associated with a lymphocytic infiltrate including an increased accumulation of pulmonary SCV2-specific CD8+ T cells and anti-CD8 antibody depletion abrogated the N. brasiliensis -mediated reduction in viral loads. Pulmonary macrophages with a type-2 transcriptional signature persist in the lungs of N. brasiliensis exposed mice after clearance of the parasite and establish a primed environment for increased antigen presentation. Accordingly, depletion of macrophages ablated the augmented viral clearance and accumulation of CD8+ T cells driven by prior N. brasiliensis infection. Together, these findings support the concept that lung migrating helminths can limit disease severity during SCV2 infection through macrophage-dependent enhancement of anti-viral CD8+ T cell responses. Abstract Figure

Abstract Interferons (IFNs) are critical for anti-viral host defence. Type-1 and type-3 IFNs are typically associated with early control of viral replication and promotion of inflammatory immune responses; however, less is known about the role of IFNγ in anti-viral immunity, particularly in the context of SARS-CoV-2. We have previously observed that lung infection with attenuated bacteria Mycobacterium bovis BCG achieved though intravenous ( iv ) administration provides strong protection against SARS-CoV-2 (SCV2) infection and disease in two mouse models. Assessment of the pulmonary cytokine milieu revealed that iv BCG induces a robust IFNγ response and low levels of IFNβ. Here we examined the role of ongoing IFNγ responses due to pre-established bacterial infection on SCV2 disease outcomes in two murine models. We report that IFNγ is required for iv BCG induced reduction in pulmonary viral loads and that this outcome is dependent on IFNγ receptor expression by non-hematopoietic cells. Further analysis revealed that BCG infection promotes the upregulation of interferon-stimulated genes (ISGs) with reported anti-viral activity by pneumocytes and bronchial epithelial cells in an IFNγ-dependent manner, suggesting a possible mechanism for the observed protection. Finally, we confirmed the importance of IFNγ in these anti-viral effects by demonstrating that the recombinant cytokine itself provides strong protection against SCV2 challenge when administered intranasally. Together, our data show that a pre-established IFNγ response within the lung is protective against SCV2 infection, suggesting that concurrent or recent infections that drive IFNγ may limit the pathogenesis of SCV2 and supporting possible prophylactic uses of IFNγ in COVID-19 management.