Abstract Tuberculosis (TB) is the leading infectious cause of death among people living with HIV (PLHIV). PLHIV are more susceptible to contracting Mycobacterium tuberculosis ( Mtb ) infection and often have worsened TB disease. Understanding the immunologic defects caused by HIV and the consequences it has on Mtb co-infection is critical in combating this global health epidemic. We previously established a model of simian immunodeficiency virus (SIV) and Mtb co-infection in Mauritian cynomolgus macaques (MCM), and showed that SIV/ Mtb co-infected MCM had rapidly progressive TB. We hypothesized that pre-existing SIV infection impairs early T cell responses to Mtb infection. To test our hypothesis, we infected MCM with SIVmac239 intrarectally followed by co-infection with a low dose of Mtb Erdman 6 months later. SIV-naïve MCM were infected with Mtb alone as controls. Six weeks after Mtb infection, animals were necropsied and immune responses were measured by multiparameter flow cytometry. While the two groups exhibited similar TB progression at time of necropsy (Nx), longitudinal sampling of the blood (PBMC) and airways (BAL) revealed a significant reduction in circulating CD4+ T cells and an influx of CD8+ T cells in airways following Mtb co-infection of SIV+ animals. Differences in the activation markers CD69, PD-1, and TIGIT were observed. At sites of Mtb infection ( i.e. granulomas), SIV/ Mtb co-infected animals had a higher proportion of CD4+ and CD8+ T cells expressing PD-1 and TIGIT. In addition, there were fewer TNF-producing CD4+ and CD8+ T cells in granulomas and airways of SIV/ Mtb co-infected animals. Taken together, we show that concurrent SIV infection alters T cell phenotypes in granulomas during the early stages of TB disease. As it is critical to establish control of Mtb replication soon after infection, these phenotypic changes may distinguish the immune dysfunction that arises from pre-existing SIV infection which promotes TB progression. Author Summary People living with HIV are incredibly susceptible to TB and, when co-infected with Mtb , often develop serious TB disease. We do not yet understand precisely how HIV infection impairs the early stages of the adaptive immune response against Mtb bacilli. We employed a non-human primate model of HIV, using SIV as a surrogate for HIV, followed by Mtb co-infection to investigate the immunologic defects associated with pre-existing SIV infection over the first six weeks of Mtb co-infection. Our study focused on CD4+ and CD8+ T cells as these cells are known to play an important role in Mtb control. We found more CD8+ T cells in granulomas, the sites of Mtb infection, from SIV/ Mtb co-infected animals, with little difference in CD4+ T cells. SIV/ Mtb co-infected animals and animals infected with SIV alone had a higher proportion of both CD4+ and CD8+ T cells expressing activation markers compared to SIV-naïve animals, consistent with SIV-dependent immune activation. Notably, we observed a lower proportion of TNF-producing T cells, a cytokine critical for Mtb control, in granulomas and airways of SIV/ Mtb co-infected animals. Taken together, these data show that pre-existing SIV alters T cell phenotypes and reduces TNF responses early in Mtb infection.

Abstract The IL-15 superagonist N-803 has been shown to enhance the function of CD8 T cells and NK cells. We previously found that in a subset of vaccinated, ART-naïve, SIV+ rhesus macaques, N-803 treatment led to a rapid but transient decline in plasma viremia that positively correlated with an increase in the frequency of CD8 T cells. Here we tested the hypothesis that prophylactic vaccination was required for N-803 mediated suppression of SIV plasma viremia. We vaccinated rhesus macaques with a DNA prime/Ad5 boost regimen using vectors expressing SIVmac239 gag, with or without a plasmid expressing IL-12, or left them unvaccinated. Animals were then intravenously infected with SIVmac239M. Six months after infection, animals were treated with N-803. We found no differences in control of plasma viremia during N-803 treatment between vaccinated and unvaccinated macaques. Furthermore, the SIV-specific CD8 T cells displayed no differences in frequency or ability to traffic to the lymph nodes. Interestingly, when we divided the SIV+ animals based on plasma viral load set-point prior to N-803 treatment, N-803 increased the frequency of SIV-specific T cells expressing ki-67+ and granzyme B+ in animals with low plasma viremia (<10 4 copies/mL; SIV controllers) compared to animals with high plasma viremia (>10 4 copies/mL;SIV non-controllers). In addition, Gag-specific CD8 T cells from the SIV+ controllers had a greater increase in CD107a+CD8+ T cells when compared to SIV+ non-controllers. Overall, our results indicate that N-803 is most effective in SIV+ animals with a pre-existing immunological ability to control SIV replication.

Abstract Individuals infected with both HIV and Mycobacterium tuberculosis (Mtb) are more likely to develop severe Tuberculosis (TB) disease than HIV-naïve individuals. To understand how a chronic pre-existing Simian immunodeficiency virus (SIV) infection impairs the early immune response to Mtb, we used the Mauritian cynomolgus macaque (MCM) model of SIV/Mtb co-infection. We examined the relationship between peripheral viral control and Mtb burden, Mtb dissemination, and immunological function between SIV+ spontaneous controllers, SIV+ non-controllers, and SIV-naïve MCM who were challenged with a barcoded Mtb Erdman strain and necropsied six weeks post infection. Mycobacterial burden was highest in the SIV+ non-controllers in all assessed tissues. In lung granulomas, we found the frequency of CD4+ T cells producing TNFα was reduced in all SIV+ MCM, but CD4+ T cells producing IFNγ were only lower in the SIV+ non-controllers. Further, while all SIV+ MCM had more PD1+ and TIGIT+ T cells in the lung granulomas relative to SIV-naïve MCM, SIV+ controllers exhibited the highest frequency of cells expressing these markers. To measure the effect of SIV infection on within-host bacterial dissemination, we sequenced the molecular barcodes of Mtb present in each tissue and characterized the complexity of the Mtb populations. While Mtb population complexity was not associated with infection group, lymph nodes had increased complexity when compared to lung granulomas across all groups. These results provide evidence SIV+ animals, independent of viral control, exhibit dysregulated immune responses and enhanced dissemination of Mtb, likely contributing to the poor TB disease course across all SIV/Mtb co-infected animals. Importance HIV and TB remain significant global health issues, despite the availability of treatments. Individuals with HIV, including those who are virally suppressed, are at an increased risk to develop and succumb to severe TB disease when compared to HIV-naïve individuals. Our study aims to understand the relationship between SIV replication, mycobacterial growth, and immunological function in the tissues of co-infected Mauritian cynomolgus macaques during the early phase of Mtb infection. Here we demonstrate that increased viral replication is associated with increased bacterial burden in the tissues and impaired immunologic responses, and that the damage attributed to virus infection is not fully eliminated when animals spontaneously control virus replication.

Tuberculosis (TB), caused by Mycobacterium tuberculosis (M.tb), is the leading cause of death among HIV positive patients. The precise mechanisms by which HIV impairs host resistance to a subsequent M.tb infection are unknown. We modeled this co-infection in Mauritian cynomolgus macaques (MCM) using SIV as an HIV surrogate. We infected seven MCM with SIVmac239 intrarectally and six months later co-infected them via bronchoscope with ~10 CFU M.tb. Another eight MCM were infected with M.tb alone. TB progression was monitored by clinical parameters, by culturing bacilli in gastric and bronchoalveolar lavages, and by serial 18F-FDG PET/CT imaging. The eight MCM infected with M.tb alone displayed dichotomous susceptibility to TB, with four animals reaching humane endpoint within 13 weeks and four animals surviving >19 weeks post M.tb infection. In stark contrast, all seven SIV+ animals exhibited rapidly progressive TB following co-infection and all reached humane endpoint by 13 weeks. Serial PET/CT imaging confirmed dichotomous outcomes in MCM infected with M.tb alone and marked susceptibility to TB in all SIV+ MCM. Notably, imaging revealed a significant increase in TB granulomas between four and eight weeks post M.tb infection in SIV+, but not in SIV-naive MCM and implies that SIV impairs the ability of animals to contain M.tb dissemination. At necropsy, animals with pre-existing SIV infection had more extrapulmonary TB disease, more overall pathology, and increased bacterial loads than animals infected with M.tb alone. We thus developed a tractable MCM model in which to study SIV-M.tb co-infection and demonstrate that pre-existing SIV dramatically diminishes the ability to control M.tb co-infection.

Abstract Children living with HIV have a higher risk of developing tuberculosis (TB), a disease caused by the bacterium Mycobacterium tuberculosis (Mtb). Gamma delta (γδ) T cells in the context of HIV/Mtb coinfection have been understudied in children, despite in vitro evidence suggesting γδ T cells assist with Mtb control. We investigated whether boosting a specific subset of γδ T cells, phosphoantigen-reactive Vγ9+Vδ2+ cells, could improve TB outcome using a nonhuman primate model of pediatric HIV/Mtb coinfection. Juvenile Mauritian cynomolgus macaques (MCM), equivalent to 4–8-year-old children, were infected intravenously (i.v.) with SIV. After 6 months, MCM were coinfected with a low dose of Mtb and then randomized to receive zoledronate (ZOL), a drug that increases phosphoantigen levels, (n=5; i.v.) at 3- and 17-days after Mtb accompanied by recombinant human IL-2 (s.c.) for 5 days following each ZOL injection. A similarly coinfected MCM group (n=5) was injected with saline as a control. Vγ9+Vδ2+ γδ T cell frequencies spiked in the blood, but not airways, of ZOL+IL-2-treated MCM following the first dose, however, were refractory to the second dose. At necropsy eight weeks after Mtb, ZOL+IL-2 treatment did not reduce pathology or bacterial burden. γδ T cell subset frequencies in granulomas did not differ between treatment groups. These data show that transiently boosting peripheral γδ T cells with ZOL+IL-2 soon after Mtb coinfection of SIV-infected MCM did not improve Mtb host defense.

Abstract Mucosal Associated Invariant T cells (MAIT cells) are innate T cells that recognize bacterial metabolites and secrete cytokines and cytolytic enzymes to destroy infected target cells. This makes MAIT cells promising targets for immunotherapy to combat bacterial infections. Here, we analyzed the effects of an immunotherapeutic agent, the IL-15 superagonist N-803, on MAIT cell activation, trafficking, and cytolytic function in macaques. We found that N-803 could activate MAIT cells in vitro and increase their ability to produce IFNγ in response to bacterial stimulation. To expand upon this, we examined the phenotypes and function of MAIT cells present in samples collected from PBMC, airways (BAL), and lymph nodes (LN) from rhesus macaques that were treated in vivo with N-803. N-803 treatment led to a transient 6-7 fold decrease in the total number of MAIT cells in the peripheral blood relative to pre N-803 timepoints. Concurrent with the decrease in cells in the peripheral blood, we observed a rapid decline in the frequency of CXCR3+CCR6+ MAITs. This corresponded with an increase in the frequency of CCR6+ MAITs in BAL, and higher frequencies of ki-67+ and granzyme B+ MAITs in blood, LN, and BAL. Finally, N-803 improved the ability of MAIT cells collected from PBMC and airways to produce IFNγ in response to bacterial stimulation. Overall, N-803 shows the potential to transiently alter the trafficking and enhance the antibacterial activity of MAIT cells which could be combined with other strategies to combat bacterial infections.

Abstract Vaccine strategies aimed at eliciting HIV-specific CD8+ T cells are one major target of interest in HIV functional cure strategies. We hypothesized that CD8+ T cells elicited by therapeutic vaccination during antiretroviral therapy (ART) would be recalled and boosted by treatment with the IL-15 superagonist N-803 after ART discontinuation. We intravenously immunized four SIV+ Mauritian cynomolgus macaques (MCM) receiving ART with vesicular stomatitis virus (VSV), modified vaccinia virus Ankara strain (MVA), and recombinant adenovirus serotype 5 (rAd-5) vectors all expressing SIVmac239 Gag. Immediately after ART cessation, these animals received three doses of N-803. Four control animals received no vaccines or N-803. The vaccine regimen generated a high magnitude of Gag-specific CD8+ T cells that were proliferative and biased toward an effector memory phenotype. We then compared cells elicited by vaccination (Gag-specific) to cells elicited by SIV infection and unaffected by vaccination (Nef-specific). We found that N-803 treatment enhanced both the frequencies of bulk and proliferating antigen-specific CD8+ T cells elicited by vaccination and the antigen-specific CD8+ T cells elicited by SIV infection. In sum, we demonstrate that a therapeutic heterologous prime-boost-boost (HPBB) vaccine can elicit antigen-specific effector memory CD8+ T cells that are boosted by N-803.

Abstract Pre-existing HIV infection increases tuberculosis (TB) risk in children. Antiretroviral therapy (ART) reduces, but does not abolish, this risk in children with HIV. The immunologic mechanisms involved in TB progression in both HIV-naïve and HIV-infected children have not been explored. Much of our current understanding is based on human studies in adults and adult animal models. In this study, we sought to model childhood HIV/ Mycobacterium tuberculosis (Mtb) coinfection in the setting of ART and characterize T cells during TB progression. Macaques equivalent to 4-8 year-old children were intravenously infected with SIVmac239M, treated with ART three months later, and coinfected with Mtb three months after initiating ART. SIV-naïve macaques were similarly infected with Mtb alone. TB pathology and total Mtb burden did not differ between SIV-infected, ART-treated and SIV-naïve macaques, although lung Mtb burden was lower in SIV-infected, ART-treated macaques. No major differences in frequencies of CD4+ and CD8+ T cells and unconventional T cell subsets (Vγ9+ γδ T cells, MAIT cells, and NKT cells) in airways were observed between SIV-infected, ART-treated and SIV-naïve macaques over the course of Mtb infection, with the exception of CCR5+ CD4+ and CD8+ T cells which were slightly lower. CD4+ and CD8+ T cell frequencies did not differ in the lung granulomas obtained at necropsy, nor did they differ in the frequency of immune checkpoint and proliferative markers. Thus, ART treatment of juvenile macaques, three months after SIV infection, resulted in similar progression of Mtb and T cell responses compared to Mtb in SIV-naïve macaques.

We evaluated the contribution of CD8αβ+ T cells on control of live-attenuated simian immunodeficiency virus (LASIV) replication during chronic infection and subsequent protection from pathogenic SIV challenge. Unlike previous reports with a CD8α-specific depleting monoclonal antibody (mAb), the CD8β-specific mAb CD8β255R1 selectively depleted CD8αβ+ T cells without also depleting non-CD8+ T cell populations that express CD8α, such as natural killer (NK) cells and γδ T cells. Following infusion with CD8β255R1, plasma viremia transiently increased coincident with declining peripheral CD8αβ+ T cells. Interestingly, plasma viremia returned to pre-depletion levels even when peripheral CD8αβ+ T cells did not. Although depletion of CD8αβ+ T cells in the lymph node (LN) was incomplete, frequencies of these cells were three-fold lower (p=0.006) in animals that received CD8β255R1 compared to control IgG. It is possible that these residual SIV-specific CD8αβ+ T cells may have contributed to suppression of viremia during chronic infection. We also determined whether infusion of CD8β255R1 in the LASIV-vaccinated animals increased their susceptibility to infection following intravenous challenge with pathogenic SIVmac239. We found that 7/8 animals infused with CD8β255R1, and 3/4 animals infused with the control IgG, were resistant to SIVmac239 infection. These results suggest that infusion with CD8β255R1 did not eliminate the protection afforded to LASIV vaccination. This provides a comprehensive description of the impact of CD8β255R1 infusion on the immunological composition of the host, when compared to an isotype matched control IgG, while showing that the control of LASIV viremia and protection from challenge can occur even after CD8β255R1 administration.

Abstract Sustainable HIV remission after antiretroviral therapy (ART) withdrawal, or post-treatment control (PTC), remains a top priority for HIV treatment. We observed surprising PTC in an MHC-haplomatched cohort of MHC-M3+ SIVmac239+ Mauritian cynomolgus macaques (MCMs) initiated on ART at two weeks post-infection (wpi). For six months after ART withdrawal, we observed undetectable or transient viremia in seven of eight MCMs. In vivo depletion of CD8α+ cells induced rebound in all animals, indicating the PTC was mediated, at least in part, by CD8α+ cells. We found that MCMs had smaller acute viral reservoirs than a cohort of identically infected rhesus macaques, a population that rarely develops PTC. The mechanisms by which unusually small viral reservoirs and CD8α+ cell-mediated virus suppression enable PTC can be investigated using this MHC-haplomatched MCM model. Further, defining the immunologic mechanisms that engender PTC in this model may identify therapeutic targets for inducing durable HIV remission in humans.