Although cytotoxic T lymphocytes (CTLs) are thought to be involved in the control of human immunodeficiency virus–type 1 (HIV-1) infection, it has not been possible to demonstrate a direct relation between CTL activity and plasma RNA viral load. Human leukocyte antigen–peptide tetrameric complexes offer a specific means to directly quantitate circulating CTLs ex vivo. With the use of the tetrameric complexes, a significant inverse correlation was observed between HIV-specific CTL frequency and plasma RNA viral load. In contrast, no significant association was detected between the clearance rate of productively infected cells and frequency of HIV-specific CTLs. These data are consistent with a significant role for HIV-specific CTLs in the control of HIV infection and suggest a considerable cytopathic effect of the virus in vivo.

The use of peptide–human histocompatibility leukocyte antigen (HLA) class I tetrameric complexes to identify antigen-specific CD8+ T cells has provided a major development in our understanding of their role in controlling viral infections. However, questions remain about the exact function of these cells, particularly in HIV infection. Virus-specific cytotoxic T lymphocytes exert much of their activity by secreting soluble factors such as cytokines and chemokines. We describe here a method that combines the use of tetramers and intracellular staining to examine the functional heterogeneity of antigen-specific CD8+ T cells ex vivo. After stimulation by specific peptide antigen, secretion of interferon (IFN)-γ, tumor necrosis factor (TNF)-α, macrophage inflammatory protein (MIP)-1β, and perforin is analyzed by FACS® within the tetramer-positive population in peripheral blood. Using this method, we have assessed the functional phenotype of HIV-specific CD8+ T cells compared with cytomegalovirus (CMV)-specific CD8+ T cells in HIV chronic infection. We show that the majority of circulating CD8+ T cells specific for CMV and HIV antigens are functionally active with regards to the secretion of antiviral cytokines in response to antigen, although a subset of tetramer-staining cells was identified that secretes IFN-γ and MIP-1β but not TNF-α. However, a striking finding is that HIV-specific CD8+ T cells express significantly lower levels of perforin than CMV-specific CD8+ T cells. This lack of perforin is linked with persistent CD27 expression on HIV-specific cells, suggesting impaired maturation, and specific lysis ex vivo is lower for HIV-specific compared with CMV-specific cells from the same donor. Thus, HIV-specific CD8+ T cells are impaired in cytolytic activity.

Dengue virus presents a growing threat to public health in the developing world. Four major serotypes of dengue virus have been characterized, and epidemiological evidence shows that dengue hemorrhagic fever (DHF), the more serious manifestation of the disease, occurs more frequently upon reinfection with a second serotype. We have studied dengue virus–specific T-cell responses in Thai children. During acute infection, few dengue-responsive CD8+ T cells were recovered; most of those present showed an activated phenotype and were undergoing programmed cell death. Many dengue-specific T cells were of low affinity for the infecting virus and showed higher affinity for other, probably previously encountered strains. Profound T-cell activation and death may contribute to the systemic disturbances leading to DHF, and original antigenic sin in the T-cell responses may suppress or delay viral elimination, leading to higher viral loads and increased immunopathology.

The cytotoxic potential of CD8(+) T cells and NK cells plays a crucial role in the immune response to pathogens. Although in vitro studies have reported that CD4(+) T cells are also able to mediate perforin-mediated killing, the in vivo existence and relevance of cytotoxic CD4(+) T cells have been the subject of debate. Here we show that a population of CD4(+) perforin(+) T cells is present in the circulation at low numbers in healthy donors and is markedly expanded in donors with chronic viral infections, in particular HIV infection, at all stages of the disease, including early primary infection. Ex vivo analysis shows that these cells have cytotoxic potential mediated through the release of perforin. In comparison with more classical CD4(+) T cells, this subset displays a distinct surface phenotype and functional profile most consistent with end-stage differentiated T cells and include Ag experienced CD4(+) T cells. The existence of CD4(+) cytotoxic T cells in vivo at relatively high levels in chronic viral infection suggests a role in the immune response.

Ig-like transcript 4 (ILT4) (also known as leukocyte Ig-like receptor 2, CD85d, and LILRB2) is a cell surface receptor expressed mainly on myelomonocytic cells, whereas ILT2 (also known as leukocyte Ig-like receptor 1, CD85j, and LILRB1) is expressed on a wider range of immune cells including subsets of natural killer and T cells. Both ILTs contain immunoreceptor tyrosine-based inhibitory receptor motifs in their cytoplasmic tails that inhibit cellular responses by recruiting phosphatases such as SHP-1 (Src homology 2 domain containing tyrosine phosphatase 1). Although these ILTs have been shown to recognize a broad range of classical and nonclassical human MHC class I molecules (MHCIs), their precise binding properties remain controversial. We have used surface plasmon resonance to analyze the interaction of soluble forms of ILT4 and ILT2 with several MHCIs. Although the range of affinities measured was quite broad ( K d = 2–45 μM), some interesting differences were observed. ILT2 generally bound with a 2- to 3-fold higher affinity than ILT4 to the same MHCI. Furthermore, ILT2 and ILT4 bound to HLA-G with a 3- to 4-fold higher affinity than to classical MHCIs, suggesting that ILT/HLA-G recognition may play a dominant role in the regulation of natural killer, T, and myelomonocytic cell activation. Finally, we show that ILT2 and ILT4 effectively compete with CD8 for MHCI binding, raising the possibility that ILT2 modulates CD8 + T cell activation by blocking the CD8 binding as well as by recruiting inhibitory molecules through its immunoreceptor tyrosine-based inhibitory receptor motif.

Abstract EBV is a gammaherpesvirus that can establish both nonproductive (latent) and productive (lytic) infections within the cells of its host. Although T cell responses to EBV latent proteins have been well characterized, little is known about the importance of responses to lytic proteins in long term virus carriers. Here we have compared the frequencies of CD8+ T cells specific for EBV latent and lytic Ags in healthy virus carriers, using three techniques: limiting dilution analysis, enzyme-linked immunospot assay, and FACS staining with tetrameric MHC-peptide complexes. T cells specific for EBV lytic protein epitopes were readily detectable in all donors and were usually more abundant than those specific for latent epitopes. We infer that direct T cell control of viral replicative lesions is maintained in long term carriers of EBV and is an important component of the immune response to this virus. Estimates of CD8+ T cell frequencies varied considerably according to methodology; values obtained from MHC-peptide tetramer staining were, on the average, 4.4-fold higher than those obtained from enzyme-linked immunospot assays, which were, in turn, on the average, 5.3-fold higher than those obtained from limiting dilution analysis. Tetramer staining showed that as many as 5.5% circulating CD8+ T cells in a virus carrier were specific for a single EBV lytic protein epitope. Such values are much greater than previously imagined and illustrate how antigenic challenge from a persistent herpesvirus can influence the composition of the host’s CD8+ T cell pool.

The immune response to HIV-1 in patients who carry human histocompatibility leukocyte antigen (HLA)-B27 is characterized by an immunodominant response to an epitope in p24 gag (amino acids 263-272, KRWIILGLNK). Substitution of lysine (K) or glycine (G) for arginine (R) at HIV-1 gag residue 264 (R264K and R264G) results in epitopes that bind to HLA-B27 poorly. We have detected a R264K mutation in four patients carrying HLA-B27. In three of these patients the mutation occurred late, coinciding with disease progression. In another it occurred within 1 yr of infection and was associated with a virus of syncytium-inducing phenotype. In each case, R264K was tightly associated with a leucine to methionine change at residue 268. After the loss of the cytotoxic T lymphocyte (CTL) response to this epitope and in the presence of high viral load, reversion to wild-type sequence was observed. In a fifth patient, a R264G mutation was detected when HIV-1 disease progressed. Its occurrence was associated with a glutamic acid to aspartic acid mutation at residue 260. Phylogenetic analyses indicated that these substitutions emerged under natural selection rather than by genetic drift or linkage. Outgrowth of CTL escape viruses required high viral loads and additional, possibly compensatory, mutations in the gag protein.

ABSTRACT Human cytomegalovirus (HCMV) infection is largely asymptomatic in the immunocompetent host, but remains a major cause of morbidity in immunosuppressed individuals. Using the recently described technique of staining antigen-specific CD8 + T cells with peptide-HLA tetrameric complexes, we have demonstrated high levels of antigen-specific cells specific for HCMV peptides and show that this may exceed 4% of CD8 + T cells in immunocompetent donors. Moreover, by staining with tetramers in combination with antibodies to cell surface markers and intracellular cytokines, we demonstrate functional heterogeneity of HCMV-specific populations. A substantial proportion of these are effector cytotoxic T lymphocytes, as demonstrated by their ability to lyse peptide-pulsed targets in “fresh” killing assays. These data suggest that the immune response to HCMV is periodically boosted by a low level of HCMV replication and that sustained immunological surveillance contributes to the maintenance of host-pathogen homeostasis. These observations should improve our understanding of the immunobiology of persistent viral infection.