HIV-2 immunopathology : how the immune system deals with long-lasting infection

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Imunologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2012A infecção pelo Vírus da Imunodeficiência Humana (VIH) caracteriza-se por perda progressiva de células T CD4+, conduzindo a Síndrome da Imunodeficiência Adquirida (SIDA) e morte, na ausência de terapêutica anti-retroviral (ART). Estima-se que, actualmente, mais de 30 milhões de pessoas vivam com VIH. Portugal apresenta uma das incidências mais elevadas de infecção VIH-1 da Europa, bem como a prevalência mais alta de VIH-2, uma infecção essencialmente confinada à África Ocidental. A infecção pelo VIH-2 caracteriza-se por uma perda muito lenta de células T CD4+, níveis indetectáveis/baixos de vírus circulante e um tempo de progressão para SIDA superior a 20 anos, traduzindo-se num impacto limitado na mortalidade da maior parte dos adultos infectados. Estas características configuram a infecção pelo VIH-2 como uma forma naturalmente atenuada de doença. Contudo, o número de células infectadas é semelhante ao encontrado na infecção pelo VIH-1, sugerindo que ambos os vírus apresentam idêntica capacidade de disseminação e estabelecimento de reservatórios. Além disso, doentes VIH-2+ e VIH-1+ com o mesmo grau de perda de células T CD4+ apresentam níveis comparáveis de hiper-activação imunitária, suportando um papel importante da activação imunitária persistente na imunopatogénese de ambas as infecções. A activação imunitária crónica é reconhecida como um melhor indicador de progressão de doença do que os níveis de vírus circulante na infecção pelo VIH, sendo o principal determinante da perda de células T CD4+. Assim, estratégias terapêuticas dirigidas à sua limitação poderão ser benéficas para controlar a infecção VIH/SIDA, contribuindo, potencialmente, para uma progressão mais lenta da doença. Contudo, os mecanismos subjacentes à activação imunitária crónica na infecção VIH permanecem por clarificar. Este trabalho baseou-se no pressuposto de que a investigação da infecção pelo VIH-2 revela estratégias usadas pelo sistema imunitário para enfrentar os desafios impostos pela infecção VIH crónica, elucidando a imunopatogénese associada ao VIH/SIDA. Na primeira parte deste trabalho foram investigadas, pela primeira vez em doentes infectados pelo VIH-2, as alterações de monócitos e células dendríticas mielóides, células do sistema imunitário inato que constituem a primeira linha de defesa contra o vírus. Na fase aguda da infecção pelo VIH, a imunidade inata desempenha um papel importante na limitação da replicação viral e na promoção do desenvolvimento de respostas imunitárias adaptativas, ao passo que, na fase crónica, pode actuar como modeladora da activação imunitária. Verificou-se uma activação dos monócitos desde as fases iniciais da infecção pelo VIH-2, mesmo na ausência de virémia, acompanhada de sobre-expressão de moléculas envolvidas em vias de limitação da activação imunitária (PD-1/PD-L1). Estes dados sugerem que, na infecção pelo VIH-2+, a via PD-1/PD-L1 poderá desempenhar um papel de limitação da activação imunitária desde as fases iniciais da doença. De acordo com esta hipótese, não se documentaram alterações nos níveis séricos de diversas citocinas e quimiocinas produzidas por monócitos nos indivíduos VIH-2+. Embora inicialmente estas alterações de monócitos não se acompanhassem de perda de células dendríticas mielóides, a progressão da doença pelo VIH-2 associou-se a uma depleção desta população, tal como observado na infecção pelo VIH-1. De notar que, nos doentes infectados pelo VIH-2, a activação monocitária e a produção de factores solúveis, bem como as alterações observadas em mDC, não se associaram a níveis de Lipopolissacarídeo (LPS) circulante. Estes dados suportam a ausência de uma contribuição significativa da translocação microbiana para a imunopatogénese da infecção pelo VIH-2, tal como reportado em populações Africanas. Na segunda parte deste trabalho prosseguiu-se à investigação do papel de moléculas envolvidas em vias inibitórias no desenvolvimento da doença VIH/SIDA, através do estudo da sua expressão em células T. Muito embora a expressão de PD-1 em células T específicas para o VIH-1 tenha sido, inicialmente, associada a exaustão celular, dados mais recentes têm apontado para que constitua uma resposta de limitação de danos associados a activação exacerbada. Além disso, diversos autores têm vindo a sugerir que a expressão de PD-1 em células T não será, só por si, suficiente para definir um verdadeiro fenótipo de exaustão sendo, para tal, necessária a co-expressão de outras moléculas inibitórias, como o TIM-3. Os doentes VIH-2+ e VIH-1+ apresentaram o mesmo padrão de expressão de PD-1 nas células T, que se observou estar associado à activação e proliferação celular. Estes dados vão contra a ideia de o PD-1 ser um indicador de exaustão, suportando, ao invés, a possibilidade de a sua sobre-expressão indicar activação celular após encontro com o antigénio. Em contraste, a expressão de TIM-3 mostrou-se independente da diferenciação e proliferação celular, identificando uma população significativamente expandida nos doentes VIH-1+, mas não nos VIH-2+. Finalmente, apenas os doentes VIH-2+ apresentaram fortes correlações positivas entre a expressão, quer de PD-1, quer de PD-L1, apesar de não apresentarem aumento significativo da sua expressão, e os níveis de perda de células T CD4+ e activação imunitária. Isto apesar da virémia reduzida e em contraste evidente com os doentes VIH-1+, que não mostraram associação entre expressão de PD-L1 e indicadores de progressão da doença. Estas observações apoiam um modelo em que, durante a infecção pelo VIH-2, ocorre um controlo estrito da expressão de PD-L1 pelas células T que, de alguma forma, está alterado na infecção pelo VIH-1. Neste cenário, uma melhor manutenção global da via PD-1/PD-L1 na infecção pelo VIH-2, na ausência de níveis significativos de TIM-3, poderá, ao invés de indicar exaustão, contribuir para limitar imunopatologia, resultando assim numa perda mais lenta de células T CD4+. A capacidade de conservação/renovação das células T CD4+ é um factor determinante do curso da infecção pelo VIH que depende, em grande parte, da homeostasia das células T CD4+ naïve. Este compartimento celular é mantido, na idade adulta, pela produção contínua de células T, no timo, que tende a decrescer com a idade, e pela subsequente proliferação das células, após saída do timo, na periferia. A citocina homeostática IL-7 tem um papel importante nesta proliferação homeostática, particularmente na da população de células T CD4+ que expressam CD31, que inclui as células recentemente emigradas do timo, contribuindo, desta forma, para a preservação da sua diversidade em termos de TCR. Assim, na terceira parte deste trabalho, investigaram-se os mecanismos envolvidos na manutenção do compartimento de células T CD4+ naïve. Os doentes VIH-2+ e os controlos saudáveis, com a mesma idade, apresentaram telómeros com tamanho idêntico nas células T CD4+ naïve, apesar de os níveis de proliferação serem significativamente mais elevados nos indivíduos infectados. Em contraste, doentes VIH-1+, com idade e níveis de proliferação de células T-CD4+ naïve equivalentes aos dos doentes VIH-2+, apresentaram telómeros significativamente mais curtos, em comparação com os dos controlos. Assim, as duas infecções diferem na capacidade de preservar o tamanho dos telómeros e o potencial replicativo das células T CD4+ naïve. Para além disso, verificou-se que estas células, em particular as definidas pela expressão de CD31, mantinham a capacidade de proliferar em resposta à estimulação com IL-7 em doentes VIH-2+, mas não em VIH-1+ com a mesma idade. Estes dados sugerem uma melhor manutenção da capacidade de proliferação em resposta à IL-7 na infecção pelo VIH-2, que poderá contribuir para preservar o número e a diversidade das células T CD4+ naïve. Em conjunto, estes resultados poderão conduzir a uma menor taxa de perda de células T CD4+ na infecção pelo VIH-2, promovendo uma progressão lenta de doença. Apesar de a perda de células T CD4+ ser a alteração típica da infecção VIH/SIDA, diversas outras perturbações imunológicas ocorrem durante a doença, contribuindo para a imunodeficiência global. Em particular, a infecção pelo VIH-1 tem sido associada a uma diminuição progressiva das respostas humorais e à perda generalizada de células B de memória, perturbações apenas parcialmente recuperadas pela ART. Na última parte deste trabalho investigou-se se a infecção prolongada pelo VIH-2 leva a alterações do compartimento de células B de memória. Verificou-se que a infecção pelo VIH-2 se associou a uma perda de células B de memória, com e sem mudança de classe de imunoglobulinas avaliada pela perda de expressão de IgD, em correlação directa com a activação das células T. Esta perda observou-se mesmo na ausência de virémia, não sendo recuperada pela ART, apresentando os doentes VIH-2+ tratados maiores perturbações, provavelmente devido ao seu maior tempo de infecção. Em conclusão, a progressão lenta da infecção pelo VIH-2 relacionou-se com dois factores. Por um lado, a regulação estrita de vias inibitórias de activação celular, com a sobre-expressão de moléculas inibitórias, por células da imunidade inata e linfócitos T, a constituir uma “assinatura” específica do VIH-2. Por outro, a preservação dos telómeros e da capacidade de resposta à IL-7 das células T CD4+ naïve contribuindo, provavelmente, para manter as células T CD4+. Contudo, a perda irreversível de células B de memória, mesmo em doentes sem virémia, indica que, ao longo da fase “assintomática/crónica” mais prolongada da doença VIH-2, ocorrem alterações irreversíveis e, possivelmente, exaustão imunitária. Este trabalho demonstra que a infecção pelo VIH-2 constitui um modelo natural único para identificar potenciais alvos para novas estratégias terapêuticas complementares dos fármacos anti-retrovirais que permitam uma efectiva reconstituição imunológica na infecção VIH/SIDA.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT, SFRH/BD/36400/2007, POCI 2010) e FSE

Potency of HIV-2-specific antibodies increase in direct association with loss of memory B cells

Potent HIV-neutralizing antibodies are critical for vaccination and viral reservoir control. High levels of neutralizing antibodies characterize HIV-2 infection, a naturally occurring model of attenuated HIV disease with low-to-undectable viremia. We found that HIV-2-specific antibody potency increased in direct association with the loss of both switched and unswitched memory B cells in untreated HIV-2 infection. Thus, HIV antibody affinity maturation is linked to memory B-cell exhaustion even in reduced viremia settings.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Major CD4 T-cell depletion and immune senescence in a patient with chronic granulomatous disease

Copyright © 2017 Albuquerque, Fernandes, Tendeiro, Cheynier, Lucas, Silva, Victorino and Sousa. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.Chronic granulomatous disease (CGD) results from primary defects in phagocytic reactive oxygen species (ROS) production. T-cell evaluation is usually neglected during patients' follow-up, although T-cell depletion has been reported in CGD through unknown mechanisms. We describe here a 36-year-old patient with X-linked CGD with severe CD4 T-cell depletion <200 CD4 T-cells/μl, providing insights into the mechanisms that underlie T-cell loss in the context of oxidative burst defects. In addition to the typical infections, the patient featured a progressive T-cell loss associated with persistent lymphocyte activation, expansion of interleukin (IL)-17-producing CD4 T-cells, and impaired thymic activity, leading to a reduced replenishment of the T-cell pool. A relative CD4 depletion was also found at the gut mucosal level, although no bias to IL-17-production was documented. This immunological pattern of exhaustion of immune resources favors prompt, potentially curative, therapeutic interventions in CGD patients, namely, stem-cell transplantation or gene therapy. Moreover, this clinical case raises new research questions on the interplay of ROS production and T-cell homeostasis and immune senescence.AA, SF, RT, and SS received scholarships from Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), Portugal.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Massive hypereosinophilia and vasculitis associated with major expansion of interleukin-5-producing CD8+ T cells in HIV-1 infection

© 2014 Wolters Kluwer Health | Lippincott Williams & WilkinsThis work was supported by ‘Fundação para a Ciência e a Tecnologia’ (FCT) and by ‘Programa Operacional Ciência e Inovação 2010’ [POCI2010][PIC/IC/82712/2007 to AES], as well as by Fundação Calouste Gulbenkian to AES. RBF and RT received scholarships from FCT

Major CD4 T-Cell Depletion and Immune Senescence in a Patient with Chronic Granulomatous Disease

Chronic granulomatous disease (CGD) results from primary defects in phagocytic reactive oxygen species (ROS) production. T-cell evaluation is usually neglected during patients’ follow-up, although T-cell depletion has been reported in CGD through unknown mechanisms. We describe here a 36-year-old patient with X-linked CGD with severe CD4 T-cell depletion &lt;200 CD4 T-cells/μl, providing insights into the mechanisms that underlie T-cell loss in the context of oxidative burst defects. In addition to the typical infections, the patient featured a progressive T-cell loss associated with persistent lymphocyte activation, expansion of interleukin (IL)-17-producing CD4 T-cells, and impaired thymic activity, leading to a reduced replenishment of the T-cell pool. A relative CD4 depletion was also found at the gut mucosal level, although no bias to IL-17-production was documented. This immunological pattern of exhaustion of immune resources favors prompt, potentially curative, therapeutic interventions in CGD patients, namely, stem-cell transplantation or gene therapy. Moreover, this clinical case raises new research questions on the interplay of ROS production and T-cell homeostasis and immune senescence

Major Depletion of Plasmacytoid Dendritic Cells in HIV-2 Infection, an Attenuated Form of HIV Disease

Plasmacytoid dendritic cells (pDC) provide an important link between innate and acquired immunity, mediating their action mainly through IFN-α production. pDC suppress HIV-1 replication, but there is increasing evidence suggesting they may also contribute to the increased levels of cell apoptosis and pan-immune activation associated with disease progression. Although having the same clinical spectrum, HIV-2 infection is characterized by a strikingly lower viremia and a much slower rate of CD4 decline and AIDS progression than HIV-1, irrespective of disease stage. We report here a similar marked reduction in circulating pDC levels in untreated HIV-1 and HIV-2 infections in association with CD4 depletion and T cell activation, in spite of the undetectable viremia found in the majority of HIV-2 patients. Moreover, the same overexpression of CD86 and PD-L1 on circulating pDC was found in both infections irrespective of disease stage or viremia status. Our observation that pDC depletion occurs in HIV-2 infected patients with undetectable viremia indicates that mechanisms other than direct viral infection determine the pDC depletion during persistent infections. However, viremia was associated with an impairment of IFN-α production on a per pDC basis upon TLR9 stimulation. These data support the possibility that diminished function in vitro may relate to prior activation by HIV virions in vivo, in agreement with our finding of higher expression levels of the IFN-α inducible gene, MxA, in HIV-1 than in HIV-2 individuals. Importantly, serum IFN-α levels were not elevated in HIV-2 infected individuals. In conclusion, our data in this unique natural model of “attenuated” HIV immunodeficiency contribute to the understanding of pDC biology in HIV/AIDS pathogenesis, showing that in the absence of detectable viremia a major depletion of circulating pDC in association with a relatively preserved IFN-α production does occur

Cell-Associated Viral Burden Provides Evidence of Ongoing Viral Replication in Aviremic HIV-2-Infected Patients▿

Viremia is significantly lower in HIV-2 than in HIV-1 infection, irrespective of disease stage. Nevertheless, the comparable proviral DNA burdens observed for these two infections indicate similar numbers of infected cells. Here we investigated this apparent paradox by assessing cell-associated viral replication. We found that untreated HIV-1-positive (HIV-1+) and HIV-2+ individuals, matched for CD4 T cell depletion, exhibited similar gag mRNA levels, indicating that significant viral transcription is occurring in untreated HIV-2+ patients, despite the reduced viremia (undetectable to 2.6 × 104 RNA copies/ml). However, tat mRNA transcripts were observed at significantly lower levels in HIV-2+ patients, suggesting that the rate of de novo infection is decreased in these patients. Our data also reveal a direct relationship of gag and tat transcripts with CD4 and CD8 T cell activation, respectively. Antiretroviral therapy (ART)-treated HIV-2+ patients showed persistent viral replication, irrespective of plasma viremia, possibly contributing to the emergence of drug resistance mutations, persistent hyperimmune activation, and poor CD4 T cell recovery that we observed with these individuals. In conclusion, we provide here evidence of significant ongoing viral replication in HIV-2+ patients, further emphasizing the dichotomy between amount of plasma virus and cell-associated viral burden and stressing the need for antiretroviral trials and the definition of therapeutic guidelines for HIV-2 infection

PD-1 and its ligand PD-L1 are progressively up-regulated on CD4 and CD8 T-cells in HIV-2 infection irrespective of the presence of viremia.

© 2012 Wolters Kluwer Health | Lippincott Williams & WilkinsObjective: Hyper-immune activation is a main determinant of HIV disease progression, potentially counter-acted by T-cell inhibitory pathways. Here we investigated, for the first time, inhibitory molecules in HIV-2 infection, a naturally occurring attenuated form of HIV disease, associated with reduced viremia and very slow rates of CD4 T-cell decline. Design: Programmed death (PD)-1/PD-L1, an important pathway in limiting immunopathology, and its possible relationship with T-cell immunoglobulin and mucin-domain containing molecule-3 (TIM-3), a recently identified inhibitory molecule, were studied in untreated HIV-2 and HIV-1 cohorts, matched for degree of CD4 T-cell depletion, and noninfected individuals. Methods: Flow cytometric analysis of T-cell expression of PD-1, PD-L1 and TIM-3, combined with markers of cell differentiation, activation, cycling and survival. Statistical analysis was performed using ANOVA, Mann–Whitney/Wilcoxon tests, Spearman's correlations, multiple linear regressions and canonical correlation analysis. Results: T-cell expression of PD-1 and PD-L1 was tightly associated and directly correlated with CD4 T-cell depletion and immune activation in HIV-2 infection. No such correlation was found for PD-L1 expression in HIV-1-positive patients. Central memory and intermediate memory cells, rather than terminally differentiated T-cells, expressed the highest levels of both PD-1 and PD-L1 molecules. Conversely, TIM-3 expression was independent of T-cell differentiation and dissociated from cell cycling, suggesting distinct induction mechanisms. Importantly, in contrast with HIV-1, no significant increases in TIM-3 expression were found in the HIV-2 cohort. Conclusions: Our data suggest that PD-1/PD-L1 molecules, rather than markers of T-cell exhaustion, may act as modulators of T-cell immune activation, contributing to the slower course of HIV-2 infection. These data have implications for the design of antiretroviral therapy-complementary immune-based strategies.The work was supported by grants from ‘Fundação para a Ciência e a Tecnologia’ (FCT) and by ‘Programa Operacional Ciência e Inovação 2010’ (POCI2010), as well as from Fundação Calouste Gulbenkian to A.E.S. R.T., R.B.F., R.S.S., and R.C. received scholarships from FCT

Monocyte and myeloid dendritic cell activation occurs throughout HIV type 2 infection, an attenuated form of HIV disease.

© The Author 2013. Published by Oxford University Press on behalf of the Infectious Diseases Society of America. All rights reserved.Monocytes and myeloid dendritic cells (mDCs) are important orchestrators of innate and human immunodeficiency virus (HIV)-specific immune responses and of the generalized inflammation that characterizes AIDS progression. To our knowledge, we are the first to investigate monocyte and mDC imbalances in HIV type 2 (HIV-2)-positive patients, who typically feature reduced viremia and slow disease progression despite the recognized ability of HIV-2 to establish viral reservoirs and overcome host restriction factors in myeloid cells. We found a heightened state of monocyte and mDC activation throughout HIV-2 infection (characterized by CD14(bright)CD16(+) expansion, as well as increased levels of soluble CD14, HLA-DR, and CD86), together with progressive mDC depletion. Importantly, HIV-2-positive patients also featured overexpression of the inhibitory molecule PD-L1 on monocytes and mDCs, which may act by limiting the production of proinflammatory molecules. These data, from patients with a naturally occurring form of attenuated HIV disease, challenge current paradigms regarding the role of monocytes in HIV/AIDS and open new perspectives regarding potential strategies to modulate inflammatory states.This work was supported by the Fundação para a Ciência e a Tecnologia (scholarships to R. C., R. T., R. B. F. and R. S. S.), the Programa Operacional Ciência e Inovação 2010, and the Fundação Calouste Gulbenkian (to A. E. S.)