The use of peptide–human histocompatibility leukocyte antigen (HLA) class I tetrameric complexes to identify antigen-specific CD8+ T cells has provided a major development in our understanding of their role in controlling viral infections. However, questions remain about the exact function of these cells, particularly in HIV infection. Virus-specific cytotoxic T lymphocytes exert much of their activity by secreting soluble factors such as cytokines and chemokines. We describe here a method that combines the use of tetramers and intracellular staining to examine the functional heterogeneity of antigen-specific CD8+ T cells ex vivo. After stimulation by specific peptide antigen, secretion of interferon (IFN)-γ, tumor necrosis factor (TNF)-α, macrophage inflammatory protein (MIP)-1β, and perforin is analyzed by FACS® within the tetramer-positive population in peripheral blood. Using this method, we have assessed the functional phenotype of HIV-specific CD8+ T cells compared with cytomegalovirus (CMV)-specific CD8+ T cells in HIV chronic infection. We show that the majority of circulating CD8+ T cells specific for CMV and HIV antigens are functionally active with regards to the secretion of antiviral cytokines in response to antigen, although a subset of tetramer-staining cells was identified that secretes IFN-γ and MIP-1β but not TNF-α. However, a striking finding is that HIV-specific CD8+ T cells express significantly lower levels of perforin than CMV-specific CD8+ T cells. This lack of perforin is linked with persistent CD27 expression on HIV-specific cells, suggesting impaired maturation, and specific lysis ex vivo is lower for HIV-specific compared with CMV-specific cells from the same donor. Thus, HIV-specific CD8+ T cells are impaired in cytolytic activity.

The key attributes of CD8+ T cell protective immunity in human immunodeficiency virus (HIV) infection remain unclear. We report that CD8+ T cell responses specific for Gag and, in particular, the immunodominant p24 epitope KK10 correlate with control of HIV-1 replication in human histocompatibility leukocyte antigen (HLA)–B27 patients. To understand further the nature of CD8+ T cell–mediated antiviral efficacy, we performed a comprehensive study of CD8+ T cells specific for the HLA-B27–restricted epitope KK10 in chronic HIV-1 infection based on the use of multiparametric flow cytometry together with molecular clonotypic analysis and viral sequencing. We show that B27-KK10–specific CD8+ T cells are characterized by polyfunctional capabilities, increased clonal turnover, and superior functional avidity. Such attributes are interlinked and constitute the basis for effective control of HIV-1 replication. These data on the features of effective CD8+ T cells in HIV infection may aid in the development of successful T cell vaccines.

The cytotoxic potential of CD8(+) T cells and NK cells plays a crucial role in the immune response to pathogens. Although in vitro studies have reported that CD4(+) T cells are also able to mediate perforin-mediated killing, the in vivo existence and relevance of cytotoxic CD4(+) T cells have been the subject of debate. Here we show that a population of CD4(+) perforin(+) T cells is present in the circulation at low numbers in healthy donors and is markedly expanded in donors with chronic viral infections, in particular HIV infection, at all stages of the disease, including early primary infection. Ex vivo analysis shows that these cells have cytotoxic potential mediated through the release of perforin. In comparison with more classical CD4(+) T cells, this subset displays a distinct surface phenotype and functional profile most consistent with end-stage differentiated T cells and include Ag experienced CD4(+) T cells. The existence of CD4(+) cytotoxic T cells in vivo at relatively high levels in chronic viral infection suggests a role in the immune response.

ABSTRACT Human cytomegalovirus (HCMV) infection is largely asymptomatic in the immunocompetent host, but remains a major cause of morbidity in immunosuppressed individuals. Using the recently described technique of staining antigen-specific CD8 + T cells with peptide-HLA tetrameric complexes, we have demonstrated high levels of antigen-specific cells specific for HCMV peptides and show that this may exceed 4% of CD8 + T cells in immunocompetent donors. Moreover, by staining with tetramers in combination with antibodies to cell surface markers and intracellular cytokines, we demonstrate functional heterogeneity of HCMV-specific populations. A substantial proportion of these are effector cytotoxic T lymphocytes, as demonstrated by their ability to lyse peptide-pulsed targets in “fresh” killing assays. These data suggest that the immune response to HCMV is periodically boosted by a low level of HCMV replication and that sustained immunological surveillance contributes to the maintenance of host-pathogen homeostasis. These observations should improve our understanding of the immunobiology of persistent viral infection.

Islet-reactive CD8 + T cells are common in the periphery, but home to the pancreas preferentially in the context of type 1 diabetes.

Adenoviral and mRNA vaccines encoding the viral spike (S) protein have been deployed globally to contain severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Older individuals are particularly vulnerable to severe infection, probably reflecting age-related changes in the immune system, which can also compromise vaccine efficacy. It is nonetheless unclear to what extent different vaccine platforms are impacted by immunosenescence. Here, we evaluated S protein-specific immune responses elicited by vaccination with two doses of BNT162b2 or ChAdOx1-S and subsequently boosted with a single dose of BNT162b2 or mRNA-1273, comparing age-stratified participants with no evidence of previous infection with SARS-CoV-2. We found that aging profoundly compromised S protein-specific IgG titers and further limited S protein-specific CD4+ and CD8+ T cell immunity as a probable function of progressive erosion of the naive lymphocyte pool in individuals vaccinated initially with BNT162b2. Our results demonstrate that primary vaccination with ChAdOx1-S and subsequent boosting with BNT162b2 or mRNA-1273 promotes sustained immunological memory in older adults and potentially confers optimal protection against coronavirus disease 2019. Age-related immune dysfunction can compromise immune responses to infection and vaccine efficacy. Across two cohorts, Dallan et al. demonstrate that protective immunity against severe acute respiratory syndrome coronavirus is optimally maintained in older adults after primary adenoviral immunization (ChAdOx1-S) and subsequent mRNA vaccine boosting (BNT162b2 or mRNA-1273).

ABSTRACT Background Aging is associated with functional deficits in the naive T cell compartment, which compromise the generation of de novo immune responses against previously unencountered antigens. The mechanisms that underlie this phenomenon have nonetheless remained unclear. Methods Biochemical and functional properties of naive CD8 + T cells were characterized and compared between middle aged and older individuals. Findings We identified an age-related link between altered basal lipid metabolism in naive CD8 + T cells and their impaired responsiveness to stimulation, characterized by low proliferative potential and susceptibility to apoptosis. Reversal of the bioenergetic anomalies with lipid-altering drugs, such as rosiglitazone, improved the functional capabilities of naive CD8 + T cells in elderly subjects. Interpretation Interventions that favor lipid catabolism may find utility as adjunctive therapies in the elderly to promote vaccine-induced immunity against emerging pathogens or tumors. Funding A full list of the funding sources is detailed in the Acknowledgment section of the manuscript. RESEARCH IN CONTEXT Evidence before this study Old subjects are highly susceptible to infections and tumors and usually present with low responses to vaccine. This is mainly due to the age-related loss of primary immune resources, i.e. a quantitative decline of naive CD8 + T cells. Nonetheless, few studies have also underlined, within this cell subset, qualitative defects in elderly subjects. Added value of this study Considering the well-demonstrated link between nutrient usage and lymphocyte functions, we characterized the bioenergetics features of old naïve CD8 + T cells. Our data show an age-dependent altered basal metabolism in this cell subset, mostly at the levels of fatty acids and mitochondrial functions. These alterations were associated with functional defects which were partially reverted through the use of lipid-lowering strategies. Implications of all the available evidence This study highlights the potential role of an altered cellular lipid metabolism in immunosenescence, providing clues to understand the epidemiological profile of emerging infections or tumors and to develop preventive and therapeutic strategies based on metabolic manipulation.