Abstract The high prevalence of pre-existing immunity to adenovirus serotype 5 (Ad5) in human populations may substantially limit the immunogenicity and clinical utility of recombinant Ad5 vector-based vaccines for HIV-1 and other pathogens. A potential solution to this problem is to use vaccine vectors derived from adenovirus (Ad) serotypes that are rare in humans, such as Ad35. However, cross-reactive immune responses between heterologous Ad serotypes have been described and could prove a major limitation of this strategy. In particular, the extent of immunologic cross-reactivity between Ad5 and Ad35 has not previously been determined. In this study we investigate the impact of pre-existing anti-Ad5 immunity on the immunogenicity of candidate rAd5 and rAd35 vaccines expressing SIV Gag in mice. Anti-Ad5 immunity at levels typically found in humans dramatically blunted the immunogenicity of rAd5-Gag. In contrast, even high levels of anti-Ad5 immunity did not substantially suppress Gag-specific cellular immune responses elicited by rAd35-Gag. Low levels of cross-reactive Ad5/Ad35-specific CD4+ T lymphocyte responses were observed, but were insufficient to suppress vaccine immunogenicity. These data demonstrate the potential utility of Ad35 as a candidate vaccine vector that is minimally suppressed by anti-Ad5 immunity. Moreover, these studies suggest that using Ad vectors derived from immunologically distinct serotypes may be an effective and general strategy to overcome the suppressive effects of pre-existing anti-Ad immunity.

Vaccine-induced cellular immunity controls virus replication in simian immunodeficiency virus (SIV)–infected monkeys only transiently, leading to the question of whether such vaccines for AIDS will be effective. We immunized monkeys with plasmid DNA and replication-defective adenoviral vectors encoding SIV proteins and then challenged them with pathogenic SIV. Although these monkeys demonstrated a reduction in viremia restricted to the early phase of SIV infection, they showed a prolonged survival. This survival was associated with preserved central memory CD4 + T lymphocytes and could be predicted by the magnitude of the vaccine-induced cellular immune response. These immune correlates of vaccine efficacy should guide the evaluation of AIDS vaccines in humans.

Abstract The utility of recombinant adenovirus serotype 5 (rAd5) vector-based vaccines for HIV-1 and other pathogens will likely be limited by the high prevalence of pre-existing Ad5-specific neutralizing Abs (NAbs) in human populations. However, the immunodominant targets of Ad5-specific NAbs in humans remain poorly characterized. In this study, we assess the titers and primary determinants of Ad5-specific NAbs in individuals from both the United States and the developing world. Importantly, median Ad5-specific NAb titers were >10-fold higher in sub-Saharan Africa compared with the United States. Moreover, hexon-specific NAb titers were 4- to 10-fold higher than fiber-specific NAb titers in these cohorts by virus neutralization assays using capsid chimeric viruses. We next performed adoptive transfer studies in mice to evaluate the functional capacity of hexon- and fiber-specific NAbs to suppress the immunogenicity of a prototype rAd5-Env vaccine. Hexon-specific NAbs were remarkably efficient at suppressing Env-specific immune responses elicited by the rAd5 vaccine. In contrast, fiber-specific NAbs exerted only minimal suppressive effects on rAd5 vaccine immunogenicity. These data demonstrate that functionally significant Ad5-specific NAbs are directed primarily against the Ad5 hexon protein in both humans and mice. These studies suggest a potential strategy for engineering novel Ad5 vectors to evade dominant Ad5-specific NAbs.