Abstract CD4 and CD8 T lymphocyte activation requires the generation of sufficient energy to support new biosynthetic demands. Following T cell receptor (TCR) engagement, these requirements are met by an increased glycolysis, due, at least in part, to induction of the Glut1 glucose transporter. As Glut1 is upregulated on tumor cells in response to hypoxia, we assessed whether surface Glut1 levels regulate the antigen responsiveness of human T lymphocytes in both hypoxic and atmospheric oxygen conditions. Notably, Glut1 upregulation in response to TCR stimulation was significantly higher in T lymphocytes activated under hypoxic as compared to atmospheric oxygen conditions. Furthermore, TCR-stimulated human T lymphocytes sorted on the basis of Glut1-Lo and Glut1-Hi profiles maintained distinct characteristics, irrespective of the oxygen tension. While T cells activated in hypoxia divided less than those activated in atmospheric oxygen, Glut1-Hi lymphocytes exhibited increased effector phenotype acquisition, augmented proliferation and an inverted CD4/CD8 ratio in both oxygen conditions. Moreover, Glut1-Hi T lymphocytes exhibited a significantly enhanced ability to produce IFN-γ and this secretion potential was completely dependent on continued glycolysis. Thus, Glut1 surface levels identify human T lymphocytes with distinct effector functions in both hypoxic and atmospheric oxygen tensions.

The susceptibility of CD4 T cells to human immunodeficiency virus 1 (HIV-1) infection is regulated by glucose and glutamine metabolism, but the relative contributions of these nutrients to infection are not known. Here we show that glutaminolysis is the major pathway fuelling the tricarboxylic acid (TCA) cycle and oxidative phosphorylation (OXPHOS) in T-cell receptor-stimulated naïve, as well as memory CD4, subsets and is required for optimal HIV-1 infection. Under conditions of attenuated glutaminolysis, the α-ketoglutarate (α-KG) TCA rescues early steps in infection; exogenous α-KG promotes HIV-1 reverse transcription, rendering both naïve and memory cells more sensitive to infection. Blocking the glycolytic flux of pyruvate to lactate results in altered glucose carbon allocation to TCA and pentose phosphate pathway intermediates, an increase in OXPHOS and augmented HIV-1 reverse transcription. Moreover, HIV-1 infection is significantly higher in CD4 T cells selected on the basis of high mitochondrial biomass and OXPHOS activity. Therefore, the OXPHOS/aerobic glycolysis balance is a major regulator of HIV-1 infection in CD4 T lymphocytes. Increased metabolic activity promotes HIV-1 infection in CD4 T lymphocytes, but the contribution of different metabolic pathways is unclear. Here the authors show that carbon entry into the citric acid cycle is required to support the early stages of HIV-1 infection.