The mechanisms underlying CD4+ T cell depletion in human immunodeficiency virus (HIV) infection are not well understood. Comparative studies of lymphoid tissues, where the vast majority of T cells reside, and peripheral blood can potentially illuminate the pathogenesis of HIV-associated disease. Here, we studied the effect of HIV infection on the activation and depletion of defined subsets of CD4+ and CD8+ T cells in the blood, gastrointestinal (GI) tract, and lymph node (LN). We also measured HIV-specific T cell frequencies in LNs and blood, and LN collagen deposition to define architectural changes associated with chronic inflammation. The major findings to emerge are the following: the GI tract has the most substantial CD4+ T cell depletion at all stages of HIV disease; this depletion occurs preferentially within CCR5+ CD4+ T cells; HIV-associated immune activation results in abnormal accumulation of effector-type T cells within LNs; HIV-specific T cells in LNs do not account for all effector T cells; and T cell activation in LNs is associated with abnormal collagen deposition. Taken together, these findings define the nature and extent of CD4+ T cell depletion in lymphoid tissue and point to mechanisms of profound depletion of specific T cell subsets related to elimination of CCR5+ CD4+ T cell targets and disruption of T cell homeostasis that accompanies chronic immune activation.

Highly active antiretroviral therapy is unable to eliminate HIV infection, because the virus persists in latently infected CD4+ T cells—a so-called virus reservoir. Rafick-Pierre Sekaly and his colleagues have shown that central memory CD4+ T cells and transitional memory CD4+ T cells are the main cellular reservoirs for HIV, and they suggest a mechanism that ensures the stability of this reservoir of virus. HIV persists in a reservoir of latently infected CD4+ T cells in individuals treated with highly active antiretroviral therapy (HAART). Here we identify central memory (TCM) and transitional memory (TTM) CD4+ T cells as the major cellular reservoirs for HIV and find that viral persistence is ensured by two different mechanisms. HIV primarily persists in TCM cells in subjects showing reconstitution of the CD4+ compartment upon HAART. This reservoir is maintained through T cell survival and low-level antigen-driven proliferation and is slowly depleted with time. In contrast, proviral DNA is preferentially detected in TTM cells from aviremic individuals with low CD4+ counts and higher amounts of interleukin-7–mediated homeostatic proliferation, a mechanism that ensures the persistence of these cells. Our results suggest that viral eradication might be achieved through the combined use of strategic interventions targeting viral replication and, as in cancer, drugs that interfere with the self renewal and persistence of proliferating memory T cells.

Flow cytometric detection of antigen-specific CD8+ T cells has previously been limited to MHC-class I tetramer staining or intracellular cytokine production, neither of which measure the cytolytic potential of these cells. Here we present a novel technique to enumerate antigen-specific CD8+ T cells using a marker expressed on the cell surface following activation induced degranulation, a necessary precursor of cytolysis. This assay measures the exposure of CD107a and b, present in the membrane of cytotoxic granules, onto the cell surface as a result of degranulation. Acquisition of cell surface CD107a and b is associated with loss of intracellular perforin and is inhibited by colchicine, indicating that exposure of CD107a and b to the cell surface is dependent on degranulation. CD107a and b are expressed on the cell surface of CD8+ T cells following activation with cognate peptide, concordant with production of intracellular IFNγ. Finally, CD107-expressing CD8+ T cells are shown to mediate cytolytic activity in an antigen-specific manner. Measurement of CD107a and b expression can also be combined with MHC-class I tetramer labeling and intracellular cytokine staining to provide a more complete assessment of the functionality of CD8+T cells expressing cognate T cell receptors (TCR).

The autosomal dominant hyper-IgE syndrome (HIES, 'Job's syndrome') is characterized by recurrent and often severe pulmonary infections, pneumatoceles, eczema, staphylococcal abscesses, mucocutaneous candidiasis, and abnormalities of bone and connective tissue. Mutations presumed to underlie HIES have recently been identified in stat3, the gene encoding STAT3 (signal transducer and activator of transcription 3) (refs 3, 4). Although impaired production of interferon-gamma and tumour-necrosis factor by T cells, diminished memory T-cell populations, decreased delayed-type-hypersensitivity responses and decreased in vitro lymphoproliferation in response to specific antigens have variably been described, specific immunological abnormalities that can explain the unique susceptibility to particular infections seen in HIES have not yet been defined. Here we show that interleukin (IL)-17 production by T cells is absent in HIES individuals. We observed that ex vivo T cells from subjects with HIES failed to produce IL-17, but not IL-2, tumour-necrosis factor or interferon-gamma, on mitogenic stimulation with staphylococcal enterotoxin B or on antigenic stimulation with Candida albicans or streptokinase. Purified naive T cells were unable to differentiate into IL-17-producing (T(H)17) T helper cells in vitro and had lower expression of retinoid-related orphan receptor (ROR)-gammat, which is consistent with a crucial role for STAT3 signalling in the generation of T(H)17 cells. T(H)17 cells have emerged as an important subset of helper T cells that are believed to be critical in the clearance of fungal and extracellular bacterial infections. Thus, our data suggest that the inability to produce T(H)17 cells is a mechanism underlying the susceptibility to the recurrent infections commonly seen in HIES.

Background. Chronic human immunodeficiency virus (HIV) infection is associated with intestinal permeability and microbial translocation that contributes to systemic immune activation, which is an independent predictor of HIV disease progression. The association of microbial translocation with clinical outcome remains unknown.

Virus-specific CD8(+) T-cell responses play a pivotal role in limiting viral replication. Alterations in these responses, such as decreased cytolytic function, inappropriate maturation, and limited proliferative ability could reduce their ability to control viral replication. Here, we report on the capacity of HIV-specific CD8(+) T cells to secrete cytokines and proliferate in response to HIV antigen stimulation. We find that a large proportion of HIV-specific CD8(+) T cells that produce cytokines in response to cognate antigen are unable to divide and die during a 48-hour in vitro culture. This lack of proliferative ability of HIV-specific CD8(+) T cells is defined by surface expression of CD57 but not by absence of CD28 or CCR7. This inability to proliferate in response to antigen cannot be overcome by exogenous interleukin-2 (IL-2) or IL-15. Furthermore, CD57 expression on CD8(+) T cells, CD4(+) T cells, and NK cells is a general marker of proliferative inability, a history of more cell divisions, and short telomeres. We suggest, therefore, that the increase in CD57(+) HIV-specific CD8(+) T cells results from chronic antigen stimulation that is a hallmark of HIV infection. Thus, our studies define a phenotype associated with replicative senescence in HIV-specific CD8(+) T cells, which may have broad implications to other conditions associated with chronic antigenic stimulation.

Here, we report on the expression of programmed death (PD)-1 on human virus-specific CD8+ T cells and the effect of manipulating signaling through PD-1 on the survival, proliferation, and cytokine function of these cells. PD-1 expression was found to be low on naive CD8+ T cells and increased on memory CD8+ T cells according to antigen specificity. Memory CD8+ T cells specific for poorly controlled chronic persistent virus (HIV) more frequently expressed PD-1 than memory CD8+ T cells specific for well-controlled persistent virus (cytomegalovirus) or acute (vaccinia) viruses. PD-1 expression was independent of maturational markers on memory CD8+ T cells and was not directly associated with an inability to produce cytokines. Importantly, the level of PD-1 surface expression was the primary determinant of apoptosis sensitivity of virus-specific CD8+ T cells. Manipulation of PD-1 led to changes in the ability of the cells to survive and expand, which, over several days, affected the number of cells expressing cytokines. Therefore, PD-1 is a major regulator of apoptosis that can impact the frequency of antiviral T cells in chronic infections such as HIV, and could be manipulated to improve HIV-specific CD8+ T cell numbers, but possibly not all functions in vivo.

ABSTRACT Human immunodeficiency virus (HIV)-specific T-cell responses are thought to play a key role in viral load decline during primary infection and in determining the subsequent viral load set point. The requirements for this effect are unknown, partly because comprehensive analysis of total HIV-specific CD4 + and CD8 + T-cell responses to all HIV-encoded epitopes has not been accomplished. To assess these responses, we used cytokine flow cytometry and overlapping peptide pools encompassing all products of the HIV-1 genome to study total HIV-specific T-cell responses in 23 highly active antiretroviral therapy naı̈ve HIV-infected patients. HIV-specific CD8 + T-cell responses were detectable in all patients, ranging between 1.6 and 18.4% of total CD8 + T cells. HIV-specific CD4 + T-cell responses were present in 21 of 23 patients, although the responses were lower (0.2 to 2.94%). Contrary to previous reports, a positive correlation was identified between the plasma viral load and the total HIV-, Env-, and Nef-specific CD8 + T-cell frequency. No correlation was found either between viral load and total or Gag-specific CD4 + T-cell response or between the frequency of HIV-specific CD4 + and CD8 + T cells. These results suggest that overall frequencies of HIV-specific T cells are not the sole determinant of immune-mediated protection in HIV-infection.