Inversed Ratio of CD39/CD73 Expression of γδ T Cells in People Living with HIV Versus Healthy Controls Correlates With the Course of Disease

Abstract

Background: HIV infection leads to chronic immune activation and dysfunction in humans, without a causal cure currently existing. γδ T cells (γδT) are unconventional T cells that have been shown to play a significant role in the pathogenesis and immune response of viral infections in general and in HIV infection in particular. In addition to conventional T cells, HIV also affects γδT and inverts the ratio of its subsets Vδ1 T cells (Vδ1) and Vδ2 T cells (Vδ2). The ectonucleotidases CD39 and CD73 are part of the purinergic pathway which can regulate inflammation by degradation of pro-inflammatory ATP to Adenosine. Human γδ T cells may exhibit immunosuppressive functions and a potential role of CD39+ γδT with a regulatory function in mice has previously been discussed. However, the expression of the ectoenzymes CD73 and CD39 in human γδT and their role in HIV remains unclear. Therefore, the main aim of this dissertation was to study the expression patterns of CD39 and CD73 on γδ T cells in people living with HIV and to identify a potentially suppressive activity of (CD39+) γδ T cells through adenine signaling. Additionally, a distinct group of patients, elite controllers who control their HIV infection without any medication, was evaluated. Methods: PBMCs of 86 people living with HIV (36 viremic patients; 32 antiretroviral therapy (ART) –treated; 8 elite controllers; 10 long-term non-progressors) and 26 HIV-negative individuals using a multiparametric flow cytometry panel (16-colored) were studied by determining the surface expression of CD39 and CD73 on Vδ1 and Vδ2 in association with markers of differentiation (CD45RA, CD28, CD27), activation (CD38 and HLA-DR) and exhaustion (TIGIT and PD-1), and evaluating the intracellular production of pro- and anti-inflammatory cytokines (IL-2, TGF-ß, TNF-a, Granzyme B, IL-10, IFN-g) after in vitro stimulation with PMA/Ionomycin. Results: A significant increase in the frequency of CD39+ γδ T cells in samples of viremic HIV-infected individuals in comparison to uninfected controls was observed, while the frequency of CD73+ γδ T cells decreased. CD39, but not CD73, expression on γδ T cells of ART-treated individuals returned to levels comparable with those of uninfected individuals. The frequency of CD39+ γδ T cells correlated with disease progression (higher viral load, lower CD4+ T-cell count) and immune activation (HLA-DR+CD38+ expression of γδ T cells as well as CD8+ T cells). Inversely, the frequency of CD73+ γδ T cells correlated negatively with disease progression. The expression of CD39 on the Vδ2 T-cell subset was significantly lower than on the Vδ1 γδ T-cell subset in all study groups except in elite controllers. The expression of CD39 on activated, HLA-DR+CD38+ γδ T cells was found to be higher than on HLA-DR-CD38- γδ T cells while the activation level of CD39+ Vδ1 and CD39+ Vδ2 T cells was similar. Moreover, there were significantly more exhausted (PD-1+TIGIT+) and terminally differentiated (CD27-CD28-) CD39+ Vδ1 compared to CD39+ Vδ2. A higher production of IL-10 in CD39+ γδ T cells vs CD39- γδ T cells regardless of disease status was noticed and the highest IL-10 production level of γδ T cells was seen in viremic HIV patients. The expression of CD39+CD73+ on γδ T cells remained low (< 1%) regardless of disease status, but nevertheless, showed the highest release of IL-10. Also, CD39+ Vδ2 T cells produced IL-10 more frequently than their CD39+ Vδ1 counterparts in all studied individuals. Analysis of other cytokines revealed that Vδ2 lost their polyfunctionality in parts and produced fewer anti-inflammatory cytokines in HIV infection. Elite controllers appear to assume an intermediate position between HIV-uninfected and -infected individuals regarding CD39 and CD73 expression and cytokine profile on γδ T cells. Conclusions: Our results suggest a potential immunomodulatory role of CD39+ and CD73+ γδ T cells in the pathogenesis of chronic HIV infection. To identify novel therapeutic approaches for HIV infections, suppression assays, immunotherapeutic approaches with Vδ2 T cells, and blocking monoclonal antibodies should be considered.

Hintergrund: Eine HIV-Infektion führt beim Menschen zu einer chronischen Aktivierung und Dysfunktion des Immunsystems. γδ-T-Zellen sind unkonventionelle T-Zellen, die nachweislich eine wichtige Rolle bei der Pathogenese und der Immunreaktion auf Virusinfektionen im Allgemeinen und insbesondere bei der HIV-Infektion spielen. Zusätzlich zu den konventionellen T-Zellen beeinflusst das HI-Virus auch γδ-T-Zellen und kehrt das Verhältnis ihrer Subgruppen Vδ1-T-Zellen und Vδ2-T-Zellen um. Die Ektonukleotidasen CD39 und CD73 sind Teil des purinergen Signalwegs, der Entzündungen durch den Abbau von entzündungsförderndem ATP zu Adenosin regulieren kann. Menschliche γδ-T-Zellen können immunsuppressive Funktionen aufweisen. Eine mögliche Rolle von CD39+ γδT mit einer regulatorischen Funktion bei Mäusen wurde bereits diskutiert. Die Expression der Ektoenzyme CD73 und CD39 auf menschlichen γδ-T-Zellen und ihre Rolle in der HIV-Infektion sind jedoch weitgehend unklar. Daher bestand das Hauptziel dieser Arbeit darin, die Expressionsmuster von CD39 und CD73 auf γδ-T-Zellen von Menschen, die mit HIV leben, zu untersuchen und eine potenziell suppressive Aktivität von (CD39+) γδ-T-Zellen durch Adenin-Signalisierung zu identifizieren. Darüber hinaus wurde eine bestimmte Gruppe von Patient:innen, die sogenannten Elite-Controller, die in der Lage sind, ihre HIV-Infektion ohne Medikamente zu kontrollieren, untersucht. Methoden: PBMCs von 86 Menschen, die mit HIV leben (36 virämische, 32 mit antiretroviraler Therapie (ART) behandelte, 8 Elite-Controller, 10 Long-term non-progressors), und 26 nicht HIV-infizierte Personen wurden untersucht. Dafür wurde ein multiparametrisches Durchflusszytometrie-Panel (16-farbig) zur Bestimmung der Oberflächenexpression von CD39 und CD73 auf Vδ1- und Vδ2-T-Zellen verwendet. Besonders Augenmerk wurde auf Marker dieser Zellen gelegt, die mit Differenzierung (CD45RA, CD28, CD27), Aktivierung (CD38 und HLA-DR) und Erschöpfung (TIGIT und PD-1) assoziiert sind. Anschließend wurde die intrazelluläre Produktion von entzündungsfördernden und entzündungshemmenden Zytokinen (IL-2, TGF-ß, TNF-a, Granzyme B, IL-10, IFN-g) nach In-vitro-Stimulation mit PMA/Ionomycin bestimmt. Ergebnisse: Es wurde ein signifikanter Anstieg des Anteils von CD39+ γδ-T-Zellen in Proben von virämischen HIV-Infizierten im Vergleich zu gesunden Kontrollen beobachtet, während der Anteil von CD73+ γδ-T-Zellen abnahm. Die Expression von CD39 auf γδ-T-Zellen von mit ART behandelten Personen kehrte auf ein Niveau zurück, das mit dem von gesunden Personen vergleichbar war. Bei der Expression von CD73 war dies nicht der Fall. Die Frequenz von CD39+ γδ-T-Zellen korrelierte mit dem Fortschreiten der Krankheit (höhere Viruslast, niedrigere CD4+-T-Zellzahl) und der Immunaktivierung (HLA-DR+CD38+ Expression auf γδ-T-Zellen sowie CD8+ T-Zellen). Umgekehrt korrelierte die Frequenz von CD73+ γδ-T-Zellen negativ mit dem Fortschreiten der Krankheit. Die Expression von CD39 auf der Vδ2-T-Zell-Untergruppe war in allen Studiengruppen mit Ausnahme der Elite-Controller signifikant niedriger als auf der Vδ1-γδ-T-Zell-Untergruppe. Die Expression von CD39 auf aktivierten HLA-DR+CD38+ γδ-T-Zellen war höher als auf HLA-DR-CD38- γδ-T-Zellen, während das Aktivierungsniveau von CD39+ Vδ1 und CD39+ Vδ2-T-Zellen ähnlich war. Außerdem gab es deutlich mehr erschöpfte (PD-1+TIGIT+) und terminal differenzierte (CD27-CD28-) CD39+ Vδ1 im Vergleich zu CD39+ Vδ2-γδ-T-Zellen. Es wurde eine höhere Ausschüttung von IL-10 in CD39+ γδ-T-Zellen im Vergleich zu CD39- γδ-T-Zellen unabhängig vom Krankheitsstatus festgestellt und die höchste IL-10-Produktion von γδ-T-Zellen bei virämischen HIV-Patienten gesehen. Die Expression von CD39+CD73+ auf γδ-T-Zellen blieb unabhängig vom Krankheitsstatus niedrig (< 1 %), zeigte nichtsdestotrotz dazu die höchste Freisetzung von IL-10. Außerdem produzierten CD39+ Vδ2-T-Zellen bei allen untersuchten Personen häufiger IL-10 als ihre CD39+ Vδ1 Gegenparts. Die Analyse anderer Zytokine ergab, dass Vδ2-γδ-T-Zellen ihre Polyfunktionalität teilweise verloren hatten und bei einer HIV-Infektion weniger entzündungshemmende Zytokine produzierten. Elite-Controller scheinen hinsichtlich der CD39- und CD73-Expression und des Zytokinprofils auf γδ-T-Zellen eine Zwischenstellung zwischen gesunden und HIV-infizierten Personen einzunehmen. Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse deuten auf eine mögliche immunmodulatorische Rolle von CD39+ und CD73+ γδ-T-Zellen bei der Pathogenese der chronischen HIV-Infektion hin. Um neue therapeutische Ansätze für HIV-Infektionen zu identifizieren, sollten Suppressionstests, immuntherapeutische Ansätze mit Vδ2-T-Zellen und blockierende monoklonale Antikörper in Betracht gezogen werden.