In this pilot study, we investigated the ability of autologous dendritic cells pulsed ex vivo with tumor-specific idiotype protein to stimulate host antitumor immunity when infused as a vaccine. Four patients with follicular B-cell lymphoma received a series of three or four infusions of antigen-pulsed dendritic cells followed, in each instance, by subcutaneous injections of soluble antigen two weeks later. All patients developed measurable antitumor cellular immune responses. In addition, clinical responses have been measured with one patient experiencing complete tumor regression, a second patient having partial tumor regression, and a third patient resolving all evidence of disease as detected by a sensitive tumor-specific molecular analysis.

In these new reports, three different research groups independently find that various T cell populations are crucial mediators of obesity-induced metabolic dysfunction. They also show that pharmacological approaches that target these T cells are beneficial, thus opening the door to possible new therapeutic approaches to treating obesity-related diseases such as diabetes ( pages 846–847 , 914–920 and 930–939 ). Obesity and its associated metabolic syndromes represent a growing global challenge, yet mechanistic understanding of this pathology and current therapeutics are unsatisfactory. We discovered that CD4+ T lymphocytes, resident in visceral adipose tissue (VAT), control insulin resistance in mice with diet-induced obesity (DIO). Analyses of human tissue suggest that a similar process may also occur in humans. DIO VAT-associated T cells show severely biased T cell receptor Vα repertoires, suggesting antigen-specific expansion. CD4+ T lymphocyte control of glucose homeostasis is compromised in DIO progression, when VAT accumulates pathogenic interferon-γ (IFN-γ)-secreting T helper type 1 (TH1) cells, overwhelming static numbers of TH2 (CD4+GATA-binding protein-3 (GATA-3)+) and regulatory forkhead box P3 (Foxp3)+ T cells. CD4+ (but not CD8+) T cell transfer into lymphocyte-free Rag1-null DIO mice reversed weight gain and insulin resistance, predominantly through TH2 cells. In obese WT and ob/ob (leptin-deficient) mice, brief treatment with CD3-specific antibody or its F(ab′)2 fragment, reduces the predominance of TH1 cells over Foxp3+ cells, reversing insulin resistance for months, despite continuation of a high-fat diet. Our data suggest that the progression of obesity-associated metabolic abnormalities is under the pathophysiological control of CD4+ T cells. The eventual failure of this control, with expanding adiposity and pathogenic VAT T cells, can successfully be reversed by immunotherapy.

Langerhans cells (LCs) are bone marrow (BM)–derived epidermal dendritic cells (DCs) that represent a critical immunologic barrier to the external environment, but little is known about their life cycle. Here, we show that in lethally irradiated mice that had received BM transplants, LCs of host origin remained for at least 18 months, whereas DCs in other organs were almost completely replaced by donor cells within 2 months. In parabiotic mice with separate organs, but a shared blood circulation, there was no mixing of LCs. However, in skin exposed to ultraviolet light, LCs rapidly disappeared and were replaced by circulating LC precursors within 2 weeks. The recruitment of new LCs was dependent on their expression of the CCR2 chemokine receptor and on the secretion of CCR2-binding chemokines by inflamed skin. These data indicate that under steady-state conditions, LCs are maintained locally, but inflammatory changes in the skin result in their replacement by blood-borne LC progenitors.

Edgar Engleman and his colleagues show that B cell production of pathogenic IgG antibodies is involved in obesity-induced insulin resistance. They also show that B cell depletion in obese mice ameliorates metabolic disease, and that obese, insulin-resistant humans have a unique profile of IgG autoantibodies. These results suggest a possible new therapeutic target to treat insulin resistance. Chronic inflammation characterized by T cell and macrophage infiltration of visceral adipose tissue (VAT) is a hallmark of obesity-associated insulin resistance and glucose intolerance. Here we show a fundamental pathogenic role for B cells in the development of these metabolic abnormalities. B cells accumulate in VAT in diet-induced obese (DIO) mice, and DIO mice lacking B cells are protected from disease despite weight gain. B cell effects on glucose metabolism are mechanistically linked to the activation of proinflammatory macrophages and T cells and to the production of pathogenic IgG antibodies. Treatment with a B cell–depleting CD20 antibody attenuates disease, whereas transfer of IgG from DIO mice rapidly induces insulin resistance and glucose intolerance. Moreover, insulin resistance in obese humans is associated with a unique profile of IgG autoantibodies. These results establish the importance of B cells and adaptive immunity in insulin resistance and suggest new diagnostic and therapeutic modalities for managing the disease.

Immune responses involve coordination across cell types and tissues. However, studies in cancer immunotherapy have focused heavily on local immune responses in the tumor microenvironment. To investigate immune activity more broadly, we performed an organism-wide study in genetically engineered cancer models using mass cytometry. We analyzed immune responses in several tissues after immunotherapy by developing intuitive models for visualizing single-cell data with statistical inference. Immune activation was evident in the tumor and systemically shortly after effective therapy was administered. However, during tumor rejection, only peripheral immune cells sustained their proliferation. This systemic response was coordinated across tissues and required for tumor eradication in several immunotherapy models. An emergent population of peripheral CD4 T cells conferred protection against new tumors and was significantly expanded in patients responding to immunotherapy. These studies demonstrate the critical impact of systemic immune responses that drive tumor rejection.

CD4 functions as the cell-surface receptor for human immunodeficiency virus (HIV); however, the mechanism of virus entry into susceptible cells is unknown. To explore this question we used a human T lymphoblastic cell line (VB) expressing high levels of surface CD4. Neutralization of endosomal compartments (pH > 6.4) with lysosomotropic agents did not effectively inhibit HIV nucleocapsid entry into the cytoplasm, and virus treated at low pH (5.5) failed to induce rapid cell-to-cell fusion in uninfected cells. Electron microscopy of VB cells acutely exposed to HIV at neutral pH revealed direct fusion of the virus envelope with the plasma membrane within minutes at 4°C. No endocytosed virions were visualized upon rewarming the HIV-exposed cells to 37°C for as long as 60 min. These results indicate that HIV penetrates CD4-positive T cells via pH-independent membrane fusion.

Formation of syncytia, with progression to cell death, is a characteristic feature of in vitro cultures of susceptible cells infected with human T-lymphotropic virus type III/lymphadenopathy-associated virus (HTLV-III/LAV)1–3. Viral antigen-positive multi-nucleated giant cells have also been observed in histological sections from infected individuals4,5. In vitro, formation of these multinucleated giant cells occurs through cell fusion which is dependent on cell-surface expression of the differentiation antigen CD4 (ref. 1). Utilizing a recombinant vaccinia virus containing the gene for the envelope glycoprotein of HTLV-III/LAV6, we demonstrate that cell-surface expression of this protein, in the absence of other HTLV-III/LAV structural or regulatory proteins, is sufficient to induce CD4-dependent cell fusion, leading to cell death, one of the characteristic manifestations of AIDS (acquired immune deficiency syndrome) virus cytopathology. This process may contribute to the loss of CD4+ T cells seen in AIDS.

Tumor-specific clonal immunoglobulin expressed by B-cell lymphomas (idiotype [Id]) can serve as a target for active immunotherapy. We have previously described the vaccination of 4 patients with follicular lymphoma using dendritic cells (DCs) pulsed with tumor-derived Id protein and now report on 35 patients treated using this approach. Among 10 initial patients with measurable lymphoma, 8 mounted T-cell proliferative anti-Id responses, and 4 had clinical responses—2 complete responses (CRs) (progression-free [PF] for 44 and 57 months after vaccination), 1 partial response (PR) (PF for 12 months), and 1 molecular response (PF for 75+ months). Subsequently, 25 additional patients were vaccinated after first chemotherapy, and 15 of 23 (65%) who completed the vaccination schedule mounted T-cell or humoral anti-Id responses. Induction of high-titer immunoglobulin G anti-Id antibodies required coupling of Id to the immunogenic carrier protein keyhole limpet hemocyanin (Id-KLH). These antibodies could bind to and induce tyrosine phosphorylation in autologous tumor cells. Among 18 patients with residual tumor at the time of vaccination, 4 (22%) had tumor regression, and 16 of 23 patients (70%) remain without tumor progression at a median of 43 months after chemotherapy. Six patients with disease progression after primary DC vaccination received booster injections of Id-KLH protein, and tumor regression was observed in 3 of them (2 CRs and 1 PR). We conclude that Id-pulsed DC vaccination can induce T-cell and humoral anti-Id immune responses and durable tumor regression. Subsequent boosting with Id-KLH can lead to tumor regression despite apparent resistance to the primary DC vaccine.

Most tumor-associated antigens represent self-proteins and as a result are poorly immunogenic due to immune tolerance. Here we show that tolerance to carcinoembryonic antigen (CEA), which is overexpressed by the majority of lethal malignancies, can be reversed by immunization with a CEA-derived peptide. This peptide was altered to make it a more potent T cell antigen and loaded onto dendritic cells (DCs) for delivery as a cellular vaccine. Although DCs are rare in the blood, we found that treatment of advanced cancer patients with Flt3 ligand, a hematopoietic growth factor, expanded DCs 20-fold in vivo . Immunization with these antigen-loaded DCs induced CD8 cytotoxic T lymphocytes that recognized tumor cells expressing endogenous CEA. Staining with peptide-MHC tetramers demonstrated the expansion of CD8 T cells that recognize both the native and altered epitopes and possess an effector cytotoxic T lymphocyte phenotype (CD45RA + CD27 − CCR7 − ). After vaccination, two of 12 patients experienced dramatic tumor regression, one patient had a mixed response, and two had stable disease. Clinical response correlated with the expansion of CD8 tetramer + T cells, confirming the role of CD8 T cells in this treatment strategy.

The formation of multinucleated giant cells with progression to cell death is a characteristic manifestation of the cytopathology induced by the AIDS retrovirus in infected T lymphoid cells. The mechanism of giant cell formation was studied in the CD4 (T4/Leu 3) positive T cell lines JM (Jurkat) and VB and in variants of these lines that are negative for cell surface CD4 antigen. By means of a two-color fluorescent labeling technique, multinucleated giant cells in infected cultures were shown to form through cell fusion. Antibody to CD4 specifically inhibited fusion, and uninfected CD4 negative cells, in contrast to uninfected CD4 positive cells, did not undergo fusion with infected cells, suggesting a direct role for the CD4 antigen in the process of syncytium formation. These results suggest that, in vivo, cell fusion involving the CD4 molecule may represent a mechanism whereby uninfected cells can be incorporated into AIDS virus infected syncytia. Because the giant cells die soon after they are formed, this process may contribute to the depletion of helper/inducer T cells characteristically observed in AIDS.