HIV-infected humans and SIV-infected rhesus macaques who remain healthy despite long-term infection exhibit exceptionally low levels of virus replication and active antiviral cellular immune responses. In contrast, sooty mangabey monkeys that represent natural hosts for SIV infection do not develop AIDS despite high levels of virus replication and limited antiviral CD8+ T cell responses. We report here that SIV-infected mangabeys maintain preserved T lymphocyte populations and regenerative capacity and manifest far lower levels of aberrant immune activation and apoptosis than are seen in pathogenic SIV and HIV infections. These data suggest that direct consequences of virus replication alone cannot account for progressive CD4+ T cell depletion leading to AIDS. Rather, attenuated immune activation enables SIV-infected mangabeys to avoid the bystander damage seen in pathogenic infections and protects them from developing AIDS. HIV-infected humans and SIV-infected rhesus macaques who remain healthy despite long-term infection exhibit exceptionally low levels of virus replication and active antiviral cellular immune responses. In contrast, sooty mangabey monkeys that represent natural hosts for SIV infection do not develop AIDS despite high levels of virus replication and limited antiviral CD8+ T cell responses. We report here that SIV-infected mangabeys maintain preserved T lymphocyte populations and regenerative capacity and manifest far lower levels of aberrant immune activation and apoptosis than are seen in pathogenic SIV and HIV infections. These data suggest that direct consequences of virus replication alone cannot account for progressive CD4+ T cell depletion leading to AIDS. Rather, attenuated immune activation enables SIV-infected mangabeys to avoid the bystander damage seen in pathogenic infections and protects them from developing AIDS.

Acute HIV infection is characterized by massive loss of CD4 T cells from the gastrointestinal (GI) tract. Th17 cells are critical in the defense against microbes, particularly at mucosal surfaces. Here we analyzed Th17 cells in the blood, GI tract, and broncheoalveolar lavage of HIV-infected and uninfected humans, and SIV-infected and uninfected sooty mangabeys. We found that (1) human Th17 cells are specific for extracellular bacterial and fungal antigens, but not common viral antigens; (2) Th17 cells are infected by HIV in vivo, but not preferentially so; (3) CD4 T cells in blood of HIV-infected patients are skewed away from a Th17 phenotype toward a Th1 phenotype with cellular maturation; (4) there is significant loss of Th17 cells in the GI tract of HIV-infected patients; (5) Th17 cells are not preferentially lost from the broncheoalveolar lavage of HIV-infected patients; and (6) SIV-infected sooty mangabeys maintain healthy frequencies of Th17 cells in the blood and GI tract. These observations further elucidate the immunodeficiency of HIV disease and may provide a mechanistic basis for the mucosal barrier breakdown that characterizes HIV infection. Finally, these data may help account for the nonprogressive nature of nonpathogenic SIV infection in sooty mangabeys.

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.

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.

Summary Mechanisms regulating HIV persistence are complex and not well understood. Increased IL-10 levels were positively associated with HIV reservoir in blood and lymph nodes (LN) of treated HIV aviremic individuals. In LNs, B cells, regulatory T cells, follicular T helper cells (Tfh), monocytes and macrophages contributed to the frequencies of IL10+ cells. Cells with HIV DNA in LNs were in close proximity to IL-10+ cells and/or had the active form of STAT3, the transcription downstream of IL-10. Gene signatures and proteins associated to cell survival, Co-inhibitory receptors expression, maintenance of memory T cells, immune metabolism and Tfh frequencies were all modulated by IL-10 and associated with HIV reservoir persistence. In vitro, STAT3 knockout or neutralization of IL-10, reverted all the aforementioned pathways and resulted in 10-fold decay in HIV reservoir. Collectively, these results provide strong evidence for a pivotal role of IL-10 in HIV persistence, and a potential therapeutic strategy for HIV cure.

Abstract Type-I interferons (IFN-I) are critical mediators of innate control of viral infections, but also drive recruitment of inflammatory cells to sites of infection, a key feature of severe COVID-19. Here, and for the first time, IFN-I signaling was modulated in rhesus macaques (RMs) prior to and during acute SARS-CoV-2 infection using a mutated IFNα2 (IFN-modulator; IFNmod), which has previously been shown to reduce the binding and signaling of endogenous IFN-I. In SARS-CoV-2-infected RMs, IFNmod reduced both antiviral and inflammatory ISGs. Notably, IFNmod treatment resulted in a potent reduction in (i) SARS-CoV-2 viral load in Bronchoalveolar lavage (BAL), upper airways, lung, and hilar lymph nodes; (ii) inflammatory cytokines, chemokines, and CD163+MRC1-inflammatory macrophages in BAL; and (iii) expression of Siglec-1, which enhances SARS-CoV-2 infection and predicts disease severity, on circulating monocytes. In the lung, IFNmod also reduced pathogenesis and attenuated pathways of inflammasome activation and stress response during acute SARS-CoV-2 infection. This study, using an intervention targeting both IFN-α and IFN-β pathways, shows that excessive inflammation driven by type 1 IFN critically contributes to SARS-CoV-2 pathogenesis in RMs, and demonstrates the potential of IFNmod to limit viral replication, SARS-CoV-2 induced inflammation, and COVID-19 severity.

Abstract The COVID-19 pandemic remains a global health crisis, yet, the immunopathological mechanisms driving the development of severe disease remain poorly defined. Here, we utilize a rhesus macaque (RM) model of SARS-CoV-2 infection to delineate perturbations in the innate immune system during acute infection using an integrated systems analysis. We found that SARS-CoV-2 initiated a rapid infiltration (two days post infection) of plasmacytoid dendritic cells into the lower airway, commensurate with IFNA production, natural killer cell activation, and induction of interferon-stimulated genes. At this early interval, we also observed a significant increase of blood CD14-CD16+ monocytes. To dissect the contribution of lung myeloid subsets to airway inflammation, we generated a novel compendium of RM-specific lung macrophage gene expression using a combination of sc-RNA-Seq data and bulk RNA-Seq of purified populations under steady state conditions. Using these tools, we generated a longitudinal sc-RNA-seq dataset of airway cells in SARS-CoV-2-infected RMs. We identified that SARS-CoV-2 infection elicited a rapid recruitment of two subsets of macrophages into the airway: a C206+MRC1-population resembling murine interstitial macrophages, and a TREM2+ population consistent with CCR2+ infiltrating monocytes, into the alveolar space. These subsets were the predominant source of inflammatory cytokines, accounting for ~75% of IL6 and TNF production, and >90% of IL10 production, whereas the contribution of CD206+MRC+ alveolar macrophages was significantly lower. Treatment of SARS-CoV-2 infected RMs with baricitinib (Olumiant ® ), a novel JAK1/2 inhibitor that recently received Emergency Use Authorization for the treatment of hospitalized COVID-19 patients, was remarkably effective in eliminating the influx of infiltrating, non-alveolar macrophages in the alveolar space, with a concomitant reduction of inflammatory cytokines. This study has delineated the major subsets of lung macrophages driving inflammatory and anti-inflammatory cytokine production within the alveolar space during SARS-CoV-2 infection. One sentence summary Multi-omic analyses of hyperacute SARS-CoV-2 infection in rhesus macaques identified two population of infiltrating macrophages, as the primary orchestrators of inflammation in the lower airway that can be successfully treated with baricitinib

COVID-19 pandemic is not yet under control by vaccination, and effective antivirals are critical for preparedness. Here we report that macrophages and dendritic cells, key antigen presenting myeloid cells (APCs), are largely resistant to SARS-CoV-2 infection. APCs effectively captured viruses within cellular compartments that lead to antigen degradation. Macrophages sense SARS-CoV-2 and released higher levels of cytokines, including those related to cytokine storm in severe COVID-19. The sialic acid-binding Ig-like lectin 1 (Siglec-1/CD169) present on APCs, which interacts with sialylated gangliosides on membranes of retroviruses or filoviruses, also binds SARS-CoV-2 via GM1. Blockage of Siglec-1 receptors by monoclonal antibodies reduces SARS-CoV-2 uptake and transfer to susceptible target cells. APCs expressing Siglec-1 and carrying SARS-CoV-2 are found in pulmonary tissues of non-human primates. Single cell analysis reveals the in vivo induction of cytokines in those macrophages. Targeting Siglec-1 could offer cross-protection against SARS-CoV-2 and other enveloped viruses that exploit APCs for viral dissemination, including those yet to come in future outbreaks.

Abstract Effective therapeutics aimed at mitigating COVID-19 symptoms are urgently needed. SARS-CoV-2 induced hypercytokinemia and systemic inflammation are associated with disease severity. Baricitinib, a clinically approved JAK1/2 inhibitor with potent anti-inflammatory properties is currently being investigated in COVID-19 human clinical trials. Recent reports suggest that baricitinib may also have antiviral activity in limiting viral endocytosis. Here, we investigated the immunologic and virologic efficacy of baricitinib in a rhesus macaque model of SARS-CoV-2 infection. Viral shedding measured from nasal and throat swabs, bronchoalveolar lavages and tissues was not reduced with baricitinib. Type I IFN antiviral responses and SARS-CoV-2 specific T cell responses remained similar between the two groups. Importantly, however, animals treated with baricitinib showed reduced immune activation, decreased infiltration of neutrophils into the lung, reduced NETosis activity, and more limited lung pathology. Moreover, baricitinib treated animals had a rapid and remarkably potent suppression of alveolar macrophage derived production of cytokines and chemokines responsible for inflammation and neutrophil recruitment. These data support a beneficial role for, and elucidate the immunological mechanisms underlying, the use of baricitinib as a frontline treatment for severe inflammation induced by SARS-CoV-2 infection.