COVID survivors frequently experience lingering neurological symptoms that resemble cancer-therapy-related cognitive impairment, a syndrome for which white matter microglial reactivity and consequent neural dysregulation is central. Here, we explored the neurobiological effects of respiratory SARS-CoV-2 infection and found white-matter-selective microglial reactivity in mice and humans. Following mild respiratory COVID in mice, persistently impaired hippocampal neurogenesis, decreased oligodendrocytes, and myelin loss were evident together with elevated CSF cytokines/chemokines including CCL11. Systemic CCL11 administration specifically caused hippocampal microglial reactivity and impaired neurogenesis. Concordantly, humans with lasting cognitive symptoms post-COVID exhibit elevated CCL11 levels. Compared with SARS-CoV-2, mild respiratory influenza in mice caused similar patterns of white-matter-selective microglial reactivity, oligodendrocyte loss, impaired neurogenesis, and elevated CCL11 at early time points, but after influenza, only elevated CCL11 and hippocampal pathology persisted. These findings illustrate similar neuropathophysiology after cancer therapy and respiratory SARS-CoV-2 infection which may contribute to cognitive impairment following even mild COVID.

Sepsis is an often deadly complication of infection in which systemic inflammation damages the vasculature, leading to tissue hypoperfusion and multiple organ failure. Currently, the standard of care for sepsis is predominantly supportive, with few therapeutic options available. Because of increased sepsis incidence worldwide, there is an urgent need for discovery of novel therapeutic targets and development of new treatments. The recently discovered function of the endoplasmic reticulum (ER) in regulation of inflammation offers a potential avenue for sepsis control. Here, we identify the ER-resident protein sigma-1 receptor (S1R) as an essential inhibitor of cytokine production in a preclinical model of septic shock. Mice lacking S1R succumb quickly to hypercytokinemia induced by a sublethal challenge in two models of acute inflammation. Mechanistically, we find that S1R restricts the endonuclease activity of the ER stress sensor IRE1 and cytokine expression but does not inhibit the classical inflammatory signaling pathways. These findings could have substantial clinical implications, as we further find that fluvoxamine, an antidepressant therapeutic with high affinity for S1R, protects mice from lethal septic shock and dampens the inflammatory response in human blood leukocytes. Our data reveal the contribution of S1R to the restraint of the inflammatory response and place S1R as a possible therapeutic target to treat bacterial-derived inflammatory pathology.

A body of experimental evidence suggests that T cells mediate neuroprotection following CNS injury; however, the antigen specificity of these T cells and how they mediate neuroprotection are unknown. Here, we have provided evidence that T cell–mediated neuroprotection after CNS injury can occur independently of major histocompatibility class II (MHCII) signaling to T cell receptors (TCRs). Using two murine models of CNS injury, we determined that damage-associated molecular mediators that originate from injured CNS tissue induce a population of neuroprotective, IL-4–producing T cells in an antigen-independent fashion. Compared with wild-type mice, IL-4–deficient animals had decreased functional recovery following CNS injury; however, transfer of CD4+ T cells from wild-type mice, but not from IL-4–deficient mice, enhanced neuronal survival. Using a culture-based system, we determined that T cell–derived IL-4 protects and induces recovery of injured neurons by activation of neuronal IL-4 receptors, which potentiated neurotrophin signaling via the AKT and MAPK pathways. Together, these findings demonstrate that damage-associated molecules from the injured CNS induce a neuroprotective T cell response that is independent of MHCII/TCR interactions and is MyD88 dependent. Moreover, our results indicate that IL-4 mediates neuroprotection and recovery of the injured CNS and suggest that strategies to enhance IL-4–producing CD4+ T cells have potential to attenuate axonal damage in the course of CNS injury in trauma, inflammation, or neurodegeneration.

Survivors of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus-2 (SARS-CoV-2) infection frequently experience lingering neurological symptoms, including impairment in attention, concentration, speed of information processing and memory. This long-COVID cognitive syndrome shares many features with the syndrome of cancer therapy-related cognitive impairment (CRCI). Neuroinflammation, particularly microglial reactivity and consequent dysregulation of hippocampal neurogenesis and oligodendrocyte lineage cells, is central to CRCI. We hypothesized that similar cellular mechanisms may contribute to the persistent neurological symptoms associated with even mild SARS-CoV-2 respiratory infection. Here, we explored neuroinflammation caused by mild respiratory SARS-CoV-2 infection - without neuroinvasion - and effects on hippocampal neurogenesis and the oligodendroglial lineage. Using a mouse model of mild respiratory SARS-CoV-2 infection induced by intranasal SARS-CoV-2 delivery, we found white matter-selective microglial reactivity, a pattern observed in CRCI. Human brain tissue from 9 individuals with COVID-19 or SARS-CoV-2 infection exhibits the same pattern of prominent white matter-selective microglial reactivity. In mice, pro-inflammatory CSF cytokines/chemokines were elevated for at least 7-weeks post-infection; among the chemokines demonstrating persistent elevation is CCL11, which is associated with impairments in neurogenesis and cognitive function. Humans experiencing long-COVID with cognitive symptoms (48 subjects) similarly demonstrate elevated CCL11 levels compared to those with long-COVID who lack cognitive symptoms (15 subjects). Impaired hippocampal neurogenesis, decreased oligodendrocytes and myelin loss in subcortical white matter were evident at 1 week, and persisted until at least 7 weeks, following mild respiratory SARS-CoV-2 infection in mice. Taken together, the findings presented here illustrate striking similarities between neuropathophysiology after cancer therapy and after SARS-CoV-2 infection, and elucidate cellular deficits that may contribute to lasting neurological symptoms following even mild SARS-CoV-2 infection.