To understand the roles of acute-phase viral dynamics and host immune responses in post-acute sequelae of SARS-CoV-2 infection (PASC), we enrolled 136 participants within 5 days of their first positive SARS-CoV-2 real-time PCR test. Participants self-collected up to 21 nasal specimens within the first 28 days post-symptom onset; interviewer-administered questionnaires and blood samples were collected at enrollment, days 9, 14, 21, 28, and month 4 and 8 post-symptom onset. Defining PASC as the presence of any COVID-associated symptom at their 4-month visit, we compared viral markers (quantity and duration of nasal viral RNA load, infectious viral load, and plasma N-antigen level) and host immune markers (IL-6, IL-10, TNF-α, IFN-α, IFN-γ, MCP, IP-10, and Spike IgG) over the acute period. Compared to those who fully recovered, those reporting PASC demonstrated significantly higher maximum levels of SARS-CoV-2 RNA and N-antigen, burden of RNA and infectious viral shedding, and lower Spike-specific IgG levels within 9 days post-illness onset. No significant differences were identified among a panel of host immune markers. Our results suggest early viral dynamics and the associated host immune responses play a role in the pathogenesis of PASC, highlighting the importance of understanding early biological markers in the natural history of PASC.

Long COVID (LC), a type of post-acute sequelae of SARS-CoV-2 infection (PASC), occurs after at least 10% of SARS-CoV-2 infections, yet its etiology remains poorly understood. Here, we used multiple "omics" assays (CyTOF, RNAseq/scRNAseq, Olink) and serology to deeply characterize both global and SARS-CoV-2-specific immunity from blood of individuals with clear LC and non-LC clinical trajectories, 8 months following infection and prior to receipt of any SARS-CoV-2 vaccine. Our analysis focused on deep phenotyping of T cells, which play important roles in immunity against SARS-CoV-2 yet may also contribute to COVID-19 pathogenesis. Our findings demonstrate that individuals with LC exhibit systemic inflammation and immune dysregulation. This is evidenced by global differences in T cell subset distribution in ways that imply ongoing immune responses, as well as by sex-specific perturbations in cytolytic subsets. Individuals with LC harbored increased frequencies of CD4+ T cells poised to migrate to inflamed tissues, and exhausted SARS-CoV-2-specific CD8+ T cells. They also harbored significantly higher levels of SARS-CoV-2 antibodies, and in contrast to non-LC individuals, exhibited a mis-coordination between their SARS-CoV-2-specific T and B cell responses. RNAseq/scRNAseq and Olink analyses similarly revealed immune dysregulatory mechanisms, along with non-immune associated perturbations, in individuals with LC. Collectively, our data suggest that proper crosstalk between the humoral and cellular arms of adaptive immunity has broken down in LC, and that this, perhaps in the context of persistent virus, leads to the immune dysregulation, inflammation, and clinical symptoms associated with this debilitating condition.

The impact of pre-existing neutralizing antibodies (NAbs) titers on SARS-CoV-2 viral shedding dynamics in post-vaccination infection (PVI) are not well understood. We characterized viral shedding longitudinally in nasal specimens in relation to baseline (pre/peri-infection) serum neutralizing antibody titers in 125 participants infected with distinct SARS-CoV-2 variants. Among 68 participants who had received vaccinations, we quantified the effect of baseline serum NAb titers on maximum viral RNA titers and on the duration of infectivity. Baseline NAb titers were higher and efficiently targeted a broader range of variants in participants who received one or two monovalent ancestral booster vaccinations compared to those with a full primary vaccine series. In participants with Delta variant infections, baseline NAb titers targeting Delta were negatively correlated with maximum viral RNA copies. Per log10 increase in baseline NAb IC50, maximum viral load was reduced -2.43 (95% confidence interval [CI] -3.76, -1.11) log10 N copies and days of infectious viral shedding were reduced -2.79 [95% CI: -4.99, -0.60] days. By contrast, in those with Omicron infections (BA.1, BA.2, BA.4 or BA.5 lineages) baseline NAb responses against Omicron lineages did not predict viral outcomes. Our results provide robust estimates of the effect of baseline NAbs on the magnitude and duration of nasal viral replication after PVI (albeit with an unclear effect on transmission) and show how immune escape variants efficiently evade these modulating effects.