Liver natural killer (NK) cells were recently reported to possess memory-like properties in contact hypersensitivity (CHS) models. However, the phenotype and origin of these “memory” NK cells cannot be distinguished from other NK cell subpopulations. Here, we define the transcriptional, phenotypic, and functional features of liver NK cell subsets and their roles in mediating CHS. Liver NK cells can be divided into two distinct subsets: CD49a+DX5– and CD49a–DX5+. Substantial transcriptional and phenotypic differences existed between liver CD49a+DX5– NK cells and other NK cell subsets. CD49a+DX5– NK cells possessed memory potential and conferred hapten-specific CHS responses upon hapten challenge. Importantly, CD49a+DX5– NK cells were liver resident and were present in the liver sinusoidal blood, but not the afferent and efferent blood of the liver. Moreover, they appeared to originate from hepatic hematopoietic progenitor/stem cells (HPCs/HSCs) but not from the bone marrow, and maintained their phenotypes in the steady state. Our findings of liver-resident NK cells shed new light on the acquisition of memory-like properties of NK cells.

Influenza in humans is often accompanied by gastroenteritis-like symptoms such as diarrhea, but the underlying mechanism is not yet understood. We explored the occurrence of gastroenteritis-like symptoms using a mouse model of respiratory influenza infection. We found that respiratory influenza infection caused intestinal injury when lung injury occurred, which was not due to direct intestinal viral infection. Influenza infection altered the intestinal microbiota composition, which was mediated by IFN-γ produced by lung-derived CCR9+CD4+ T cells recruited into the small intestine. Th17 cells markedly increased in the small intestine after PR8 infection, and neutralizing IL-17A reduced intestinal injury. Moreover, antibiotic depletion of intestinal microbiota reduced IL-17A production and attenuated influenza-caused intestinal injury. Further study showed that the alteration of intestinal microbiota significantly stimulated IL-15 production from intestinal epithelial cells, which subsequently promoted Th17 cell polarization in the small intestine in situ. Thus, our findings provide new insights into an undescribed mechanism by which respiratory influenza infection causes intestinal disease.

Abstract Natural killer (NK) cells are essential in controlling cancer and infection. However, little is known about the dynamics of the transcriptional regulatory machinery during NK cell differentiation. In this study, we applied assay of transposase accessible chromatin with sequencing (ATAC-seq) technique in a self-developed in vitro NK cell differentiation system. Analysis of ATAC-seq data illustrated two distinct transcription factor (TF) clusters that dynamically regulate NK cell differentiation. Moreover, two TFs from the second cluster, FOSL2 and EGR2, were identified as novel essential TFs that control NK cell maturation and function. Knocking down either of these two TFs significantly impacted NK cell transformation. Finally, we constructed a genome-wide transcriptional regulatory network that provides an understanding of the regulatory dynamics during NK cell differentiation.

Fibrinogen-like protein 1 (FGL1) contributes to the proliferation and metabolism of hepatocytes; however, as a major ligand of the immune checkpoint, its role in the liver regional immune microenvironment is poorly understood. Hepatocytes specifically and highly expressed FGL1 under normal physiological conditions. Increases in hepatic CD8+ T and NK cell numbers and functions were found in Fgl1-deficient (Fgl1–/–) mice, but not in the spleen or lymph node, similar to findings in anti-FGL1 mAb–treated wild-type mice. Furthermore, Fgl1 deficiency or anti-FGL1 mAb blockade restrained liver metastasis and slowed the growth of orthotopic tumors, with significantly prolonged survival of tumor-bearing mice. Tumor-infiltrating hepatic CD8+ T and NK cells upregulated the expression of lymphocyte activation gene-3 (LAG-3) and exhibited stronger antitumor activities after anti-FGL1 treatment. The antitumor efficacy of FGL1 blockade depended on cytotoxic T lymphocytes and NK cells, demonstrated by using a cell-deficient mouse model and cell transfer in vivo. In vitro, FGL1 directly inhibited hepatic T and NK cells related to the receptor LAG-3. In conclusion, hepatocyte-derived FGL1 played critical immunoregulatory roles in the liver and contributed to liver metastasis and tumor growth by inhibiting CD8+ T and NK cell functions via the receptor LAG-3, providing a new strategy for liver cancer immunotherapy.

Pathogenic human coronavirus infections, such as severe acute respiratory syndrome CoV (SARS-CoV) and Middle East respiratory syndrome CoV (MERS-CoV), cause high morbidity and mortality. Recently, a severe pneumonia-associated respiratory syndrome caused by a new coronavirus was reported at December 2019 (2019-nCoV) in the city Wuhan, Hubei province, China, which was also named as pneumonia-associated respiratory syndrome (PARS). Up to 9th of February 2020, at least 37, 251 cases have been reported with 812 fatal cases according to the report from China CDC. However, the immune mechanism that potential orchestrated acute mortality from patients of 2019-nCoV is still unknown. Here we show that after the 2019-nCoV infection, CD4+, T lymphocytes are rapidly activated to become pathogenic T helper (Th) 1 cells and generate GM-CSF etc. The cytokines environment induces inflammatory CD14+CD16+ monocytes with high expression of IL-6 and accelerates the inflammation. These aberrant and excessive immune cells may enter the pulmonary circulation in huge numbers and play an immune damaging role to causing lung functional disability and quick mortality. Our results demonstrate that excessive non-effective host immune responses by pathogenic T cells and inflammatory monocytes may associate with severe lung pathology. Therefore, we suggest that monoclonal antibody that targets the GM-CSF or interleukin 6 receptor may potentially curb immunopathology caused by 2019-nCoV and consequently win more time for virus clearance.

Coronavirus disease 2019 (COVID-19) has caused more than 40,000 deaths worldwide. Approximately 14% of patients with COVID-19 experienced severe disease and 5% were critically ill. Studies have shown that dysregulation of the COVID-19 patients' immune system may lead to inflammatory storm and cause severe illness and even death. Tocilizumab treatment targeting interleukin 6 receptor has shown inspiring clinical results of severe COVID-19 patients. However, the immune network with Tocilizumab treatment at single cell resolution has not been uncovered. Here, we profiled the single-cell transcriptomes of 13,289 peripheral blood mononuclear cells isolated at three longitudinal stages from two severe COVID-19 patients treated with Tocilizumab. We identified a severe stage-specific monocyte subpopulation and these cells centric immune cell interaction network connected by the inflammatory cytokines and their receptors. The over-activated inflammatory immune response was attenuated after Tocilizumab treatment, yet immune cells including plasma B cells and CD8+ T cells still exhibited an intense humoral and cell-mediated anti-virus immune response in recovered COVID-19 patients. These results provided critical insights into the immunopathogenesis of severe COVID-19 and revealed fundamentals of effectiveness in Tocilizumab treatment.### Competing Interest Statement