Abstract Post-acute infection syndromes may develop after acute viral disease 1 . Infection with SARS-CoV-2 can result in the development of a post-acute infection syndrome known as long COVID. Individuals with long COVID frequently report unremitting fatigue, post-exertional malaise, and a variety of cognitive and autonomic dysfunctions 2–4 . However, the biological processes that are associated with the development and persistence of these symptoms are unclear. Here 275 individuals with or without long COVID were enrolled in a cross-sectional study that included multidimensional immune phenotyping and unbiased machine learning methods to identify biological features associated with long COVID. Marked differences were noted in circulating myeloid and lymphocyte populations relative to the matched controls, as well as evidence of exaggerated humoral responses directed against SARS-CoV-2 among participants with long COVID. Furthermore, higher antibody responses directed against non-SARS-CoV-2 viral pathogens were observed among individuals with long COVID, particularly Epstein–Barr virus. Levels of soluble immune mediators and hormones varied among groups, with cortisol levels being lower among participants with long COVID. Integration of immune phenotyping data into unbiased machine learning models identified the key features that are most strongly associated with long COVID status. Collectively, these findings may help to guide future studies into the pathobiology of long COVID and help with developing relevant biomarkers.

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.

Though it has been 2 years since the start of the Coronavirus Disease 19 (COVID-19) pandemic, COVID-19 continues to be a worldwide health crisis. Despite the development of preventive vaccines, very little progress has been made to identify curative therapies to treat COVID-19 and other inflammatory diseases which remain a major unmet need in medicine. Our study sought to identify drivers of disease severity and death to develop tailored immunotherapy strategies to halt disease progression. Here we assembled the Mount Sinai COVID-19 Biobank which was comprised of ~600 hospitalized patients followed longitudinally during the peak of the pandemic. Moderate disease and survival were associated with a stronger antigen (Ag) presentation and effector T cell signature, while severe disease and death were associated with an altered Ag presentation signature, increased numbers of circulating inflammatory, immature myeloid cells, and extrafollicular activated B cells associated with autoantibody formation. Strikingly, we found that in severe COVID-19 patients, lung tissue resident alveolar macrophages (AM) were not only severely depleted, but also had an altered Ag presentation signature, and were replaced by inflammatory monocytes and monocyte-derived macrophages (MoMΦ). Notably, the size of the AM pool correlated with recovery or death, while AM loss and functionality were restored in patients that recovered. These data therefore suggest that local and systemic myeloid cell dysregulation is a driver of COVID-19 severity and that modulation of AM numbers and functionality in the lung may be a viable therapeutic strategy for the treatment of critical lung inflammatory illnesses.

SUMMARY Immunotherapy is becoming a mainstay in the treatment of NSCLC. While tumor mutational burden (TMB) has been shown to correlate with response to immunotherapy, little is known about the relation of the baseline immune response with the tumor genotype. Here, we profiled 35 early stage NSCLC lesions using multiscale single cell sequencing. Unsupervised clustering identified in a subset of patients a key cellular module consisting of PDCD1+ CXCL13 + activated T cells, IgG+ plasma cells, and SPP1 + macrophages, referred to as the lung cancer activation module (LCAM hi ). Transcriptional data from two NSCLC cohorts confirmed a subset of patients with LCAM hi enrichment, which was independent of overall immune cell content. The LCAM hi module strongly correlated with TMB, expression of cancer testis antigens, and with TP53 mutations in smokers and non-smokers. These data establish LCAM as a key mode of immune cell activation associated with high tumor antigen load and driver mutations.

SUMMARY It is currently accepted that activated cancer-associated fibroblasts (CAF) participate in T cell exclusion from tumor nests, but it remains unclear how they promote barrier phenotypes, and whether specific subsets are involved. Here, using single-cell RNA sequencing coupled with multiplex imaging on a large cohort of lung tumors, we identify four main CAF populations, of which only two are associated with T cell exclusion: (i) MYH11 + αSMA + CAF, which are present in early-stage tumors and form a single-cell layer lining cancer aggregates, and (ii) FAP + αSMA + CAF, which appear in more advanced tumors and organize in patches within the stroma or in multiple layers around tumor nests. Both CAF populations show a contractility phenotype together with dense and aligned matrix fiber deposition compared to the T cell-permissive CAF. Yet they express distinct matrix genes, including COL4A1/COL9A1 (MYH11 + αSMA + CAF) and COL11A1/COL12A1 (FAP + αSMA + CAF). Hereby, we uncovered unique molecular programs of CAF driving T cell marginalization, whose targeting should increase immunotherapy efficacy in patients bearing T cell-excluded tumors. SIGNIFICANCE The cellular and molecular programs driving T cell marginalization in solid tumors remain unclear. Here, we describe two CAF populations associated with T cell exclusion in human lung tumors. We demonstrate the importance of pairing molecular and spatial analysis of the tumor microenvironment, a prerequisite to develop new strategies targeting T cell-excluding CAF.

Abstract The impact of coronavirus disease 2019 (COVID-19) mRNA vaccination on pregnancy and fertility has become a major topic of public interest. We investigated two of the most widely propagated claims to determine 1) whether COVID-19 mRNA vaccination of mice during early pregnancy is associated with an increased incidence of birth defects or growth abnormalities, and 2) whether COVID-19 mRNA-vaccinated human volunteers exhibit elevated levels of antibodies to the human placental protein syncytin-1. Using a mouse model, we found that intramuscular COVID-19 mRNA vaccination during early pregnancy at gestational age E7.5 did not lead to differences in fetal size by crown-rump length or weight at term, nor did we observe any gross birth defects. In contrast, injection of the TLR3 agonist and double-stranded RNA mimic polyinosinic-polycytidylic acid, or poly(I:C), impacted growth in utero leading to reduced fetal size. No overt maternal illness following either vaccination or poly(I:C) exposure was observed. We also found that term fetuses from vaccinated murine pregnancies exhibit high circulating levels of anti-Spike and anti-RBD antibodies to SARS-CoV-2 consistent with maternal antibody status, indicating transplacental transfer. Finally, we did not detect increased levels of circulating anti-syncytin-1 antibodies in a cohort of COVID-19 vaccinated adults compared to unvaccinated adults by ELISA. Our findings contradict popular claims associating COVID-19 mRNA vaccination with infertility and adverse neonatal outcomes.

ABSTRACT Here, we leveraged a large neoadjuvant PD-1 blockade trial in patients with hepatocellular carcinoma (HCC) to search for correlates of response to immune checkpoint blockade (ICB) within T cell-rich tumors. We show that ICB response correlated with the clonal expansion of intratumoral CXCL13 + CH25H + IL-21 + PD-1 + CD4 T helper cells (CXCL13 + Th) and Granzyme K + PD-1 + effector-like CD8 T cells, whereas terminally exhausted CD39 hi TOX hi PD-1 hi CD8 T cells dominated in non-responders. Strikingly, most T cell receptor (TCR) clones that expanded post-treatment were found in pre-treatment biopsies. Notably, PD-1 + TCF-1 + progenitor-like CD8 T cells were present in tumors of responders and non-responders and shared clones mainly with effector-like cells in responders or terminally differentiated cells in non-responders, suggesting that local CD8 T cell differentiation occurs upon ICB. We found that these progenitor CD8 T cells interact with CXCL13 + Th cells within cellular triads around dendritic cells enriched in maturation and regulatory molecules, or “mregDC”. Receptor-ligand analysis revealed unique interactions within these triads that may promote the differentiation of progenitor CD8 T cells into effector-like cells upon ICB. These results suggest that discrete intratumoral niches that include mregDC and CXCL13 + Th cells control the differentiation of tumor-specific progenitor CD8 T cell clones in patients treated with ICB.