We show that a combination of the immunosuppressive drugs, vitamin D3 and Dexamethasone, induced human and mouse naive CD4+ T cells to differentiate in vitro into regulatory T cells. In contrast to the previously described in vitro derived CD4+ T cells, these cells produced only interleukin (IL)-10, but no IL-5 and interferon (IFN)-γ, and furthermore retained strong proliferative capacity. The development of these IL-10–producing cells was enhanced by neutralization of the T helper type 1 (Th1)- and Th2–inducing cytokines IL-4, IL-12, and IFN-γ. These immunosuppressive drugs also induced the development of IL-10–producing T cells in the absence of antigen-presenting cells, with IL-10 acting as a positive autocrine factor for these T cells. Furthermore, nuclear factor (NF)-κB and activator protein (AP)-1 activities were inhibited in the IL-10–producing cells described here as well as key transcription factors involved in Th1 and Th2 subset differentiation. The regulatory function of these in vitro generated IL-10–producing T cells was demonstrated by their ability to prevent central nervous system inflammation, when targeted to the site of inflammation, and this function was shown to be IL-10 dependent. Generating homogeneous populations of IL-10–producing T cells in vitro will thus facilitate the use of regulatory T cells in immunotherapy.

Abstract 1α,25-Dihydroxyvitamin D3 (vitD3) is an immunoregulatory hormone with beneficial effects on Th1 mediated autoimmune diseases. Although the inhibitory effects of vitD3 on macrophages and dendritic cells are well documented, any direct effects of vitD3 on Th cell development are not clearly defined. Using CD4+Mel14+ T cells derived from mice on a BALB/c and a C57BL/6 genetic background we examined the effect of vitD3 on Th cell development. We demonstrated that vitD3 affects Th cell polarization by inhibiting Th1 (IFN-γ production) and augmenting Th2 cell development (IL-4, IL-5, and IL-10 production). These effects were observed in cultures driven with splenic APC and Ag, as well as with anti-CD3 and anti-CD28 alone, indicating that CD4+ cells can also be direct targets for vitD3. The enhanced Th2 development by vitD3 was found in both BALB/c and C57BL/6 mice. An increased expression of the Th2-specific transcription factors GATA-3 and c-maf correlated with the increased production of Th2 cytokines after vitD3 treatment. The vitD3-induced effects were largely mediated via IL-4, because neutralization of IL-4 almost completely abrogated the augmented Th2 cell development after vitD3 treatment. These findings suggest that vitD3 acts directly on Th cells and can, in the absence of APC, enhance the development of a Th2 phenotype and augment the expression of the transcription factors c-maf and GATA-3. Our findings suggest that the beneficial effects of vitD3 in autoimmune diseases and transplantation operate through prevention of strong Th1 responses via the action on the APC, while simultaneously directly acting on the T cell to enhance Th2 cell development.

Abstract Regulatory T cells (TReg) control immune responses to self and nonself Ags. The relationship between Ag-driven IL-10-secreting TReg (IL-10-TReg) and naturally occurring CD4+CD25+ TReg is as yet unclear. We show that mouse IL-10-TReg obtained using either in vitro or in vivo regimens of antigenic stimulation did not express the CD4+CD25+ TReg-associated transcription factor Foxp3. However, despite the absence of Foxp3 expression, homogeneous populations of IL-10-TReg inhibited the in vitro proliferation of CD4+CD25− T cells with a similar efficiency to that of CD4+CD25+ TReg. This inhibition of T cell proliferation by IL-10-TReg was achieved through an IL-10-independent mechanism as seen for CD4+CD25+ TReg and was overcome by exogenous IL-2. Both IL-10-TReg and CD4+CD25+ TReg were similar in that they produced little to no IL-2. These data show that Foxp3 expression is not a prerequisite for IL-10-TReg activity in vitro or in vivo, and suggest that IL-10-TReg and naturally occurring CD4+CD25+ TReg may have distinct origins.

Distinct dendritic cell (DC) subsets have been suggested to be preprogrammed to direct either T helper cell (Th) type 1 or Th2 development, although more recently different pathogen products or stimuli have been shown to render these DCs more flexible. It is still unclear how distinct mouse DC subsets cultured from bone marrow precursors, blood, or their lymphoid tissue counterparts direct Th differentiation. We show that mouse myeloid and plasmacytoid precursor DCs (pDCs) cultured from bone marrow precursors and ex vivo splenic DC subsets can induce the development of both Th1 and Th2 effector cells depending on the dose of antigen. In general, high antigen doses induced Th1 cell development whereas low antigen doses induced Th2 cell development. Both cultured and ex vivo splenic plasmacytoid-derived DCs enhanced CD4(+) T cell proliferation and induced strong Th1 cell development when activated with the Toll-like receptor (TLR)9 ligand CpG, and not with the TLR4 ligand lipopolysaccharide (LPS). The responsiveness of plasmacytoid pDCs to CpG correlated with high TLR9 expression similarly to human plasmacytoid pDCs. Conversely, myeloid DCs generated with granulocyte/macrophage colony-stimulating factor enhanced Th1 cell development when stimulated with LPS as a result of their high level of TLR4 expression. Polarized Th1 responses resulting from high antigen dose were not additionally enhanced by stimulation of DCs by TLR ligands. Thus, the net effect of antigen dose, the state of maturation of the DCs together with the stimulation of DCs by pathogen-derived products, will determine whether a Th1 or Th2 response develops.

Plasmacytoid predendritic cells or type 1 interferon (IFN)-producing cells (IPCs) have recently been identified in mice. Although culture systems giving rise to different murine dendritic cell subsets have been established, the developmental regulation of murine plasmacytoid IPCs and the culture conditions leading to their generation remain unknown. Here we show that large numbers of over 40% pure CD11c+CD11b−B220+Gr-1+ IPCs can be generated from mouse bone marrow cultures with FLT3-ligand. By contrast GM-CSF or TNF-α, which promote the generation of CD11c+CD11b+B220− myeloid DCs, block completely the development of IPCs. IPCs generated display similar features to human IPCs, such as the plasmacytoid morphology, the ability to produce large amounts of IFN-α in responses to herpes simplex virus, and the capacity to respond to ligands for Toll-like receptor 9 (TLR-9; CpG ODN 1668), but not to ligands for TLR-4 (lipopolysaccharide [LPS]). Unlike human IPCs which produce little IL-12p70, mouse IPCs produce IL-12p70 in response to CpG ODN 1668 and herpes simplex virus. This study demonstrates that the development of murine CD11c+CD11b−B220+Gr-1+ IPCs and CD11c+CD11b+B220− myeloid DCs is differentially regulated by FLT3-ligand and granulocyte/macrophage colony-stimulating factor. Human IPCs and mouse IPCs display different ability to produce IL-12p70. Large numbers of mouse IPCs can now be obtained from total bone marrow culture.

Chronic hepatitis B virus (HBV) infection is a global public health challenge on the same scale as tuberculosis, HIV, and malaria. The International Coalition to Eliminate HBV (ICE-HBV) is a coalition of experts dedicated to accelerating the discovery of a cure for chronic hepatitis B. Following extensive consultation with more than 50 scientists from across the globe, as well as key stakeholders including people affected by HBV, we have identified gaps in our current knowledge and new strategies and tools that are required to achieve HBV cure. We believe that research must focus on the discovery of interventional strategies that will permanently reduce the number of productively infected cells or permanently silence the covalently closed circular DNA in those cells, and that will stimulate HBV-specific host immune responses which mimic spontaneous resolution of HBV infection. There is also a pressing need for the establishment of repositories of standardised HBV reagents and protocols that can be accessed by all HBV researchers throughout the world. The HBV cure research agenda outlined in this position paper will contribute markedly to the goal of eliminating HBV infection worldwide.

Differential expression of Toll-like receptor (TLR) by conventional dendritic cells (cDCs) and plasmacytoid DC (pDCs) has been suggested to influence the type of immune response induced by microbial pathogens. In this study we show that, in vivo, cDCs and pDCs are equally activated by TLR4, -7, and -9 ligands. Type I interferon (IFN) was important for pDC activation in vivo in response to all three TLR ligands, whereas cDCs required type I IFN signaling only for TLR9- and partially for TLR7-mediated activation. Although TLR ligands induced in situ migration of spleen cDC into the T cell area, spleen pDCs formed clusters in the marginal zone and in the outer T cell area 6 h after injection of TLR9 and TLR7 ligands, respectively. In vivo treatment with TLR9 ligands decreased pDC ability to migrate ex vivo in response to IFN-induced CXCR3 ligands and increased their response to CCR7 ligands. Unlike cDCs, the migration pattern of pDCs required type I IFN for induction of CXCR3 ligands and responsiveness to CCR7 ligands. These data demonstrate that mouse pDCs differ from cDCs in the in vivo response to TLR ligands, in terms of pattern and type I IFN requirement for activation and migration.

Abstract Blood samples are frequently collected in human studies of the immune system but poorly represent tissue-resident immunity. Understanding the immunopathogenesis of tissue-restricted diseases, such as chronic hepatitis B, necessitates direct investigation of local immune responses. We developed a workflow that enables frequent, minimally invasive collection of liver fine-needle aspirates in multi-site international studies and centralized single-cell RNA sequencing data generation using the Seq-Well S 3 picowell-based technology. All immunological cell types were captured, including liver macrophages, and showed distinct compartmentalization and transcriptional profiles, providing a systematic assessment of the capabilities and limitations of peripheral blood samples when investigating tissue-restricted diseases. The ability to electively sample the liver of chronic viral hepatitis patients and generate high-resolution data will enable multi-site clinical studies to power fundamental and therapeutic discovery.

Abstract Chronic hepatitis B virus (HBV) infection affects 300 million patients worldwide 1,2 , in whom virus-specific CD8 T cells by still ill-defined mechanisms lose their function and cannot eliminate HBV-infected hepatocytes 3–7 . Here we demonstrate that a liver immune rheostat renders virus-specific CD8 T cells refractory to activation and leads to their loss of effector functions. In preclinical models of persistent infection with hepatotropic viruses such as HBV, dysfunctional virus-specific CXCR6 + CD8 T cells accumulated in the liver and, as a characteristic hallmark, showed enhanced transcriptional activity of cAMP-responsive element modulator (CREM) distinct from T cell exhaustion. In patients with chronic hepatitis B, circulating and intrahepatic HBV-specific CXCR6 + CD8 T cells with enhanced CREM expression and transcriptional activity were detected at a frequency of 12–22% of HBV-specific CD8 T cells. Knocking out the inhibitory CREM / ICER isoform in T cells, however, failed to rescue T cell immunity. This indicates that CREM activity was a consequence, rather than the cause, of loss in T cell function, further supported by the observation of enhanced phosphorylation of protein kinase A (PKA) which is upstream of CREM. Indeed, we found that enhanced cAMP–PKA-signalling from increased T cell adenylyl cyclase activity augmented CREM activity and curbed T cell activation and effector function in persistent hepatic infection. Mechanistically, CD8 T cells recognizing their antigen on hepatocytes established close and extensive contact with liver sinusoidal endothelial cells, thereby enhancing adenylyl cyclase–cAMP–PKA signalling in T cells. In these hepatic CD8 T cells, which recognize their antigen on hepatocytes, phosphorylation of key signalling kinases of the T cell receptor signalling pathway was impaired, which rendered them refractory to activation. Thus, close contact with liver sinusoidal endothelial cells curbs the activation and effector function of HBV-specific CD8 T cells that target hepatocytes expressing viral antigens by means of the adenylyl cyclase–cAMP–PKA axis in an immune rheostat-like fashion.