Summary Germinal centers (GCs) are the engines of antibody evolution. Using HIV Env protein immunogen priming in rhesus monkeys (RM) followed by a long period without further immunization, we demonstrate GC B cells (B GC ) lasted at least 6 months (29 weeks), all the while maintaining rapid proliferation. A 186-fold B GC cell increase was present by week 10 compared to a conventional immunization. Single cell transcriptional profiling revealed that both light zone and dark zone GC states were sustained throughout the 6 months. Antibody somatic hypermutation (SHM) of B GC cells continued to accumulate throughout the 29 week priming period, with evidence of selective pressure. Additionally, Env-binding B GC cells were still 49-fold above baseline 29 weeks after immunization, suggesting that they could be active for significantly longer periods of time. High titers of HIV neutralizing antibodies were generated after a single booster immunization. Fully glycosylated HIV trimer protein is a complex antigen, posing significant immunodominance challenges for B cells, among other difficulties. Memory B cells (B Mem ) generated under these long priming conditions had higher levels of SHM, and both B Mem cells and antibodies were more likely to recognize non-immunodominant epitopes. Numerous B GC cell lineage phylogenies spanning the >6-month GC period were identified, demonstrating continuous GC activity and selection for at least 191 days, with no additional antigen exposure. A long prime, adjuvanted, slow delivery (12-day) immunization approach holds promise for difficult vaccine targets, and suggests that patience can have great value for tuning GCs to maximize antibody responses.

ABSTRACT We describe the in vitro and in vivo evaluation of a subcutaneous reservoir implant delivering tenofovir alafenamide hemifumarate (TAF) for the prevention of HIV infection. These long-acting reservoir implants were able to deliver antiretroviral drug for over 90 days in vitro and in vivo . We evaluated the implants for implantation site histopathology and pharmacokinetics in plasma and tissues for up to 12 weeks in New Zealand White rabbits and rhesus macaque models. A dose-ranging study in rabbits demonstrated dose-dependent pharmacokinetics and local inflammation up to severe necrosis around the active implants. The matched placebos showed normal wound healing and fibrous tissue encapsulation of the implant. We designed a second implant with a lower release rate and flux of TAF and achieved a median cellular level of tenofovir diphosphate of 42 fmol per 10 6 rhesus macaque peripheral blood mononuclear cells at a dose of 10 µg/kg/day. This dose and flux of TAF also resulted in adverse local inflammation and necrosis near the implant in rhesus macaques. Inflammation in the primates was markedly lower in the placebo group than the active implant. The histological inflammatory response to the TAF implant at 4 and 12 weeks in primates was graded as a severe reaction. Thus, while we were able to achieve sustained target dose we observed unacceptable inflammatory response locally at the implant tissue interface.

Abstract HIV-induced persistent immune activation is a key mediator of inflammatory comorbidities such as cardiovascular disease (CVD) and neurocognitive disorders. While a preponderance of data indicate that gut barrier disruption and microbial translocation are drivers of chronic immune activation, the molecular mechanisms of this persistent inflammatory state remain poorly understood. Here, utilizing the nonhuman primate model of HIV infection with suppressive antiretroviral therapy (ART), we investigated activation of inflammasome pathways and their association with intestinal epithelial barrier disruption and CVD pathogenesis. Longitudinal blood samples obtained from rhesus macaques with chronic SIV infection and long-term suppressive ART were evaluated for biomarkers of intestinal epithelial barrier disruption (IEBD), inflammasome activation (IL-1β and IL-18), inflammatory cytokines, and triglyceride (TG) levels. Activated monocyte subpopulations and glycolytic potential were investigated in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs). Higher plasma levels of IL-1β and IL-18 were observed following the hallmark increase in IEBD biomarkers, intestinal fatty acid-binding protein (IFABP) and LPS-binding protein (LBP), during the chronic phase of treated SIV infection. Further, significant correlations of plasma IFABP levels with IL-1β and IL-18 were observed between 10-12 months of ART. Higher levels of sCD14, IL-6, and GM-CSF, among other inflammatory mediators, were also observed only during the long-term SIV+ART phase along with a trend of increase in frequencies of activated CD14 + CD16 + intermediate monocyte subpopulations. Lastly, we found elevated levels of blood TG and higher glycolytic capacity in PBMCs of chronic SIV-infected macaques with long-term ART. The increase in circulating IL-18 and IL-1β following IEBD and their significant positive correlation with IFABP suggest a connection between gut barrier disruption and inflammasome activation during chronic SIV infection, despite viral suppression with ART. Additionally, the increase in markers of monocyte activation, along with elevated TG and enhanced glycolytic pathway activity, indicates metabolic remodeling that could accelerate CVD pathogenesis. Further research is needed to understand mechanisms by which gut dysfunction and inflammasome activation contribute to HIV-associated CVD and metabolic complications, enabling targeted interventions in people with HIV.

Passive transfer of VRC01 protects macaques from vaginal SHIV infection after a single high-dose challenge. Protection against repeated rectal challenges decreases with decreased antibody levels weeks after infusion. Protection against repeated vaginal challenges has not been tested; however, it is expected to decrease similarly. Infusion of a simianized anti-α4β7 mAb (Rh-α4β7) just prior to, and during repeated vaginal exposures to SIVmac251 partially protected macaques from vaginal SIV infection and minimized the decline of CD4+ T cells. To investigate the impact of combining VRC01 and Rh-α4β7 on SHIV infection, 3 groups of macaques were treated with a suboptimal dosing of VRC01 alone or in combination with Rh-α4β7 or with control antibodies prior to the initiation of weekly vaginal exposures to a high dose (1000TCID50) of SHIVAD8-EO. The combination Rh-α4β7-VRC01 significantly delayed SHIVAD8-EO vaginal infection. Following infection, VRC01-Rh-α4β7-treated macaques maintained higher CD4+ T cell counts compared to macaques in the other groups and exhibited lower rectal SIV-DNA loads compared to the controls. Interestingly, VRC01-Rh-α4β7-treated macaques had less IL-17 producing cells in blood and gut tissue during the acute phase and higher T cell responses to the V2-loop of the SHIVAD8-EO envelope compared to the other groups. The combination of suboptimal amounts of VRC01 and Rh-α4β7 delayed infection, altered anti-viral immune responses and minimized CD4+ T cell loss. Further exploration of the effect of combining bNAbs with Rh-α4β7 on SIV/HIV infection and anti-viral immune responses is warranted and may lead to novel preventive and therapeutic strategies.

ABSTRACT Development of an effective human immunodeficiency virus (HIV) vaccine is among the highest priorities in the biomedical research agenda. Adjuvants enhance vaccine efficacy, but in the case of HIV, strong or inappropriate immune activation may undermine protection by increasing HIV susceptibility. Co-infection with immunomodulatory pathogens may also impact vaccine efficacy. In the rhesus macaque rectal SIVΔNef live attenuated vaccine model, we utilized a low virulence HSV-2 infection and the double-stranded RNA viral mimic polyICLC as tools to probe the effects of distinct types of immune activation on HIV vaccine efficacy and explore novel correlates of protection from wild type SIV. Rectally administered HSV-2 and polyICLC impacted the protection conferred by mucosal SIVΔNef vaccination by favoring partial protection in animals with breakthrough infection following virulent SIV challenge (“Controllers”). However, SIVΔNef persistence in blood and tissues did not predict protection in this rectal immunization and challenge model. Non-controllers had similar SIVΔNef viremia as completely protected macaques, and while they tended to have less replication competent SIVΔNef in lymph nodes, controllers had no recoverable virus in the lymph nodes. Non-controllers differed from protected macaques immunologically by having a greater frequency of pro-inflammatory CXCR3 + CCR6 + CD4 T cells in blood and a monofunctional IFNγ-dominant CD8 T cell response in lymph nodes. Controller phenotype was associated with heightened IFNα production during acute SIV infection and a greater frequency of CXCR5 + CD4 T cells in blood pre-challenge despite a lower frequency of cells with the T follicular helper (Tfh) cell phenotype in blood and lymph nodes. Our results establish novel correlates of immunological control of SIV infection while reinforcing the potential importance of T cell functionality and location in SIVΔNef efficacy. Moreover, this work highlights that triggering of mucosal immunity can aid mucosal vaccine strategies rather than undermine protection. AUTHOR SUMMARY An efficacious HIV vaccine is essential to contain the HIV pandemic. Vaccine-mediated protection from HIV may be either enhanced or obstructed by mucosal immune activation; thus, the impact of adjuvants and underlying co-infections that lead to immune activation needs to be evaluated. Using the SIV macaque model, we set out to study the impact of underlying infection with HSV-2 or treatment with the adjuvant polyICLC on rectal immunization with the live attenuated vaccine SIVΔNef. We found that neither stimulus impacted complete protection from SIV; however, the combination of HSV-2 and polyICLC improved control of infection in animals that were not completely protected. Compared with non-controller macaques, controllers had less inflammatory T cells before SIV challenge as well as greater gene expression of IFNα and more functional SIV-specific T cells after infection. The results add to our understanding of the mechanisms of SIVΔNef protection and demonstrate that mucosal immune activation does not necessarily undermine protection in mucosal vaccination against HIV.

Human immunodeficiency virus (HIV) and malaria, caused by infection with Plasmodium spp., are endemic in similar geographical locations. As a result, there is high potential for HIV/Plasmodium co-infection, which increases the pathology of both diseases. However, the immunological mechanisms underlying the exacerbated disease pathology observed in co-infected individuals are poorly understood. Moreover, there is limited data available on the impact of Plasmodium co-infection on antiretroviral (ART)-treated HIV infection. Here, we used the rhesus macaque (RM) model to conduct a pilot study to establish a model of Plasmodium fragile co-infection during ART-treated simian immunodeficiency virus (SIV) infection, and to begin to characterize the immunopathogenic effect of co-infection in the context of ART. We observed that P. fragile co-infection resulted in parasitemia and anemia, as well as persistently detectable viral loads (VLs) and decreased absolute CD4+ T-cell counts despite daily ART treatment. Notably, P. fragile co-infection was associated with increased levels of inflammatory cytokines, including monocyte chemoattractant protein 1 (MCP-1). P. fragile co-infection was also associated with increased levels of neutrophil elastase, a plasma marker of neutrophil extracellular trap (NET) formation, but significant decreases in markers of neutrophil degranulation, potentially indicating a shift in the neutrophil functionality during co-infection. Finally, we characterized the levels of plasma markers of gastrointestinal (GI) barrier permeability and microbial translocation and observed significant correlations between indicators of GI dysfunction, clinical markers of SIV and Plasmodium infection, and neutrophil frequency and function. Taken together, these pilot data verify the utility of using the RM model to examine ART-treated SIV/P. fragile co-infection, and indicate that neutrophil-driven inflammation and GI dysfunction may underlie heightened SIV/P. fragile co-infection pathogenesis.