ABSTRACT In the current global AIDS pandemic, more than half of new human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) infections are acquired by women through intravaginal HIV exposure. For this study, we explored pathogenesis issues relevant to the development of effective vaccines to prevent infection by this route, using an animal model in which female rhesus macaques were exposed intravaginally to a high dose of simian immunodeficiency virus (SIV). We examined in detail the events that transpire from hours to a few days after intravaginal SIV exposure through week 4 to provide a framework for understanding the propagation, dissemination, and establishment of infection in lymphatic tissues (LTs) during the acute stage of infection. We show that the mucosal barrier greatly limits the infection of cervicovaginal tissues, and thus the initial founder populations of infected cells are small. While there was evidence of rapid dissemination to distal sites, we also show that continuous seeding from an expanding source of production at the portal of entry is likely critical for the later establishment of a productive infection throughout the systemic LTs. The initially small founder populations and dependence on continuous seeding to establish a productive infection in systemic LTs define a small window of maximum vulnerability for the virus in which there is an opportunity for the host, vaccines, or other interventions to prevent or control infection.

Natural SIV infection of sooty mangabeys (SMs) is nonprogressive despite chronic virus replication. Strikingly, it is characterized by low levels of immune activation, while pathogenic SIV infection of rhesus macaques (RMs) is associated with chronic immune activation. To elucidate the mechanisms underlying this intriguing phenotype, we used high-density oligonucleotide microarrays to longitudinally assess host gene expression in SIV-infected SMs and RMs. We found that acute SIV infection of SMs was consistently associated with a robust innate immune response, including widespread upregulation of IFN-stimulated genes (ISGs) in blood and lymph nodes. While SMs exhibited a rapid resolution of ISG expression and immune activation, both responses were observed chronically in RMs. Systems biology analysis indicated that expression of the lymphocyte inhibitory receptor LAG3, a marker of T cell exhaustion, correlated with immune activation in SIV-infected RMs but not SMs. Our findings suggest that active immune regulatory mechanisms, rather than intrinsically attenuated innate immune responses, underlie the low levels of immune activation characteristic of SMs chronically infected with SIV.

The hallmark of HIV-1 and SIV infections is CD4+ T cell depletion. Both direct cell killing and indirect mechanisms related to immune activation have been suggested to cause the depletion of T cells. We have now identified a mechanism by which immune activation-induced fibrosis of lymphoid tissues leads to depletion of naive T cells in HIV-1 infected patients and SIV-infected rhesus macaques. The T regulatory cell response to immune activation increased procollagen production and subsequent deposition as fibrils via the TGF-β1 signaling pathway and chitinase 3-like-1 activity in fibroblasts in lymphoid tissues from patients infected with HIV-1. Collagen deposition restricted T cell access to the survival factor IL-7 on the fibroblastic reticular cell (FRC) network, resulting in apoptosis and depletion of T cells, which, in turn, removed a major source of lymphotoxin-β, a survival factor for FRCs during SIV infection in rhesus macaques. The resulting loss of FRCs and the loss of IL-7 produced by FRCs may thus perpetuate a vicious cycle of depletion of T cells and the FRC network. Because this process is cumulative, early treatment and antifibrotic therapies may offer approaches to moderate T cell depletion and improve immune reconstitution during HIV-1 infection.