The chronic phase of HIV infection is marked by pathological activation of the immune system, the extent of which better predicts disease progression than either plasma viral load or CD4+ T cell count. Recently, translocation of microbial products from the gastrointestinal tract has been proposed as an underlying cause of this immune activation, based on indirect evidence including the detection of microbial products and specific immune responses in the plasma of chronically HIV-infected humans or SIV-infected Asian macaques. We analyzed tissues from SIV-infected rhesus macaques (RMs) to provide direct in situ evidence for translocation of microbial constituents from the lumen of the intestine into the lamina propria and to draining and peripheral lymph nodes and liver, accompanied by local immune responses in affected tissues. In chronically SIV-infected RMs this translocation is associated with breakdown of the integrity of the epithelial barrier of the gastrointestinal (GI) tract and apparent inability of lamina propria macrophages to effectively phagocytose translocated microbial constituents. By contrast, in the chronic phase of SIV infection in sooty mangabeys, we found no evidence of epithelial barrier breakdown, no increased microbial translocation and no pathological immune activation. Because immune activation is characteristic of the chronic phase of progressive HIV/SIV infections, these findings suggest that increased microbial translocation from the GI tract, in excess of capacity to clear the translocated microbial constituents, helps drive pathological immune activation. Novel therapeutic approaches to inhibit microbial translocation and/or attenuate chronic immune activation in HIV-infected individuals may complement treatments aimed at direct suppression of viral replication.

Natural SIV infection of sooty mangabeys (SMs) is nonprogressive despite chronic virus replication. Strikingly, it is characterized by low levels of immune activation, while pathogenic SIV infection of rhesus macaques (RMs) is associated with chronic immune activation. To elucidate the mechanisms underlying this intriguing phenotype, we used high-density oligonucleotide microarrays to longitudinally assess host gene expression in SIV-infected SMs and RMs. We found that acute SIV infection of SMs was consistently associated with a robust innate immune response, including widespread upregulation of IFN-stimulated genes (ISGs) in blood and lymph nodes. While SMs exhibited a rapid resolution of ISG expression and immune activation, both responses were observed chronically in RMs. Systems biology analysis indicated that expression of the lymphocyte inhibitory receptor LAG3, a marker of T cell exhaustion, correlated with immune activation in SIV-infected RMs but not SMs. Our findings suggest that active immune regulatory mechanisms, rather than intrinsically attenuated innate immune responses, underlie the low levels of immune activation characteristic of SMs chronically infected with SIV.

Analysis of HIV clinical trials shows that the vaginal microbiome underlies varied responses to microbicide-based preexposure prophylaxis.

Long-lived memory T cells are able to persist in the host in the absence of antigen; however, the mechanism by which they are maintained is not well understood. Recently, a subset of human T cells, stem cell memory T cells (TSCM cells), was shown to be self-renewing and multipotent, thereby providing a potential reservoir for T cell memory throughout life. However, their in vivo dynamics and homeostasis still remain to be defined due to the lack of suitable animal models. We identified T cells with a TSCM phenotype and stem cell–like properties in nonhuman primates. These cells were the least-differentiated memory subset, were functionally distinct from conventional memory cells, and served as precursors of central memory. Antigen-specific TSCM cells preferentially localized to LNs and were virtually absent from mucosal surfaces. They were generated in the acute phase of viral infection, preferentially survived in comparison with all other memory cells following elimination of antigen, and stably persisted for the long term. Thus, one mechanism for maintenance of long-term T cell memory derives from the unique homeostatic properties of TSCM cells. Vaccination strategies designed to elicit durable cellular immunity should target the generation of TSCM cells.

Abstract HIV-infected humans and SIV-infected rhesus macaques experience a rapid and dramatic loss of mucosal CD4+ T cells that is considered to be a key determinant of AIDS pathogenesis. In this study, we show that nonpathogenic SIV infection of sooty mangabeys (SMs), a natural host species for SIV, is also associated with an early, severe, and persistent depletion of memory CD4+ T cells from the intestinal and respiratory mucosa. Importantly, the kinetics of the loss of mucosal CD4+ T cells in SMs is similar to that of SIVmac239-infected rhesus macaques. Although the nonpathogenic SIV infection of SMs induces the same pattern of mucosal target cell depletion observed during pathogenic HIV/SIV infections, the depletion in SMs occurs in the context of limited local and systemic immune activation and can be reverted if virus replication is suppressed by antiretroviral treatment. These results indicate that a profound depletion of mucosal CD4+ T cells is not sufficient per se to induce loss of mucosal immunity and disease progression during a primate lentiviral infection. We propose that, in the disease-resistant SIV-infected SMs, evolutionary adaptation to both preserve immune function with fewer mucosal CD4+ T cells and attenuate the immune activation that follows acute viral infection protect these animals from progressing to AIDS.

Heterosexual transmission of HIV-1 typically results in one genetic variant establishing systemic infection. We compared, for 137 linked transmission pairs, the amino acid sequences encoded by non-envelope genes of viruses in both partners and demonstrate a selection bias for transmission of residues that are predicted to confer increased in vivo fitness on viruses in the newly infected, immunologically naïve recipient. Although tempered by transmission risk factors, such as donor viral load, genital inflammation, and recipient gender, this selection bias provides an overall transmission advantage for viral quasispecies that are dominated by viruses with high in vivo fitness. Thus, preventative or therapeutic approaches that even marginally reduce viral fitness may lower the overall transmission rates and offer long-term benefits even upon successful transmission.

Bacterial vaginosis (BV) is a common yet poorly understood vaginal condition that has become a major focus of HIV transmission and immunology research. Varied terminologies are used by clinicians and researchers to describe microbial communities that reside in the female reproductive tract (FRT), which is driven, in part, by microbial genetic and metabolic complexity, evolving diagnostic and molecular techniques, and multidisciplinary perspectives of clinicians, epidemiologists, microbiologists, and immunologists who all appreciate the scientific importance of understanding mechanisms that underlie BV. This Perspectives article aims to clarify the varied terms used to describe the cervicovaginal microbiota and its "nonoptimal" state, under the overarching term of BV. The ultimate goal is to move toward language standardization in future literature that facilitates a better understanding of the impact of BV on FRT immunology and risk of sexually transmitted infections, including HIV.

Early treatment to prevent severe coronavirus disease 2019 (Covid-19) is an important component of the comprehensive response to the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) pandemic.

The human microbiota has a close relationship with human disease and it remodels components of the glycocalyx including heparan sulfate (HS). Studies of the severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV-2) spike protein receptor binding domain suggest that infection requires binding to HS and angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) in a codependent manner. Here, we show that commensal host bacterial communities can modify HS and thereby modulate SARS-CoV-2 spike protein binding and that these communities change with host age and sex. Common human-associated commensal bacteria whose genomes encode HS-modifying enzymes were identified. The prevalence of these bacteria and the expression of key microbial glycosidases in bronchoalveolar lavage fluid (BALF) was lower in adult COVID-19 patients than in healthy controls. The presence of HS-modifying bacteria decreased with age in two large survey datasets, FINRISK 2002 and American Gut, revealing one possible mechanism for the observed increase in COVID-19 susceptibility with age. In vitro , bacterial glycosidases from unpurified culture media supernatants fully blocked SARS-CoV-2 spike binding to human H1299 protein lung adenocarcinoma cells. HS-modifying bacteria in human microbial communities may regulate viral adhesion, and loss of these commensals could predispose individuals to infection. Understanding the impact of shifts in microbial community composition and bacterial lyases on SARS-CoV-2 infection may lead to new therapeutics and diagnosis of susceptibility.

SUMMARY The alveolar type II (ATII) pneumocyte has been called the defender of the alveolus because, amongst the cell’s many important roles, repair of lung injury is particularly critical. We investigated the extent to which SARS-CoV-2 infection incapacitates the ATII reparative response in fatal COVID-19 pneumonia, and describe massive infection and destruction of ATI and ATII cells. We show that both type I interferon-negative infected ATII and type I-interferon-positive uninfected ATII cells succumb to TNF-induced necroptosis, BTK-induced pyroptosis and a new PANoptotic hybrid form of inflammatory cell death that combines apoptosis, necroptosis and pyroptosis in the same cell. We locate pathway components of these cell death pathways in a PANoptosomal latticework that mediates emptying and disruption of ATII cells and destruction of cells in blood vessels associated with microthrombi. Early antiviral treatment combined with inhibitors of TNF and BTK could preserve ATII cell populations to restore lung function and reduce hyperinflammation from necroptosis, pyroptosis and panoptosis. Graphic Highlights In fatal COVID-19 pneumonia, the initial destruction of Type II alveolar cells by SARS-CoV-2 infection is amplified by infection of the large numbers of spatially contiguous Type II cells supplied by the proliferative reparative response. Interferon-negative infected cells and interferon-positive uninfected cells succumb to inflammatory forms of cell death, TNF-induced necroptosis, BTK-induced pyroptosis, and PANoptosis. All of the cell death pathway components, including a recently identified NINJ1 component, are localized in a PANoptosome latticework that empties in distinctive patterns to generate morphologically distinguishable cell remnants. Early combination treatment with inhibitors of SARS-CoV-2 replication, TNF and BTK could reduce the losses of Type II cells and preserve a reparative response to regenerate functional alveoli.