Changes in regulatory T cells following antiretroviral therapy in HIV infection and the impact of regulatory T cells on HIV replication

Abstract

The role and dynamics of circulating regulatory T cells (Tregs) during human immunodeficiency virus (HIV) infections remain unclear. Therefore, this study aimed to evaluate the frequency of Tregs and related factors in HIV-infected patients, as well as the impact of Tregs on HIV replication. The frequency of T cell subsets, including Tregs (CD4^+CD25^highFoxP3^+ cells), and the production of cytokines were investigated in 17 antiretroviral therapy (ART)-naïve patients and 20 patients with viral suppression who received ART for > 3 months; 13 patients were sequentially sampled before and after ART. Factors correlated with the frequency of Tregs, and differences in T cell subsets and cytokines during ART were analyzed. The TZM-bl assay was used to measure the reduction in relative light units (RLU) of HIV-1 Tat-regulated Luc reporter gene expression after infection with Env-pseudotyped virus in Treg and non-Treg co-culture conditions. Longitudinal comparison of the sequential samples of 13 patients revealed that the frequency of CD4 T cells and naïve T cells significantly increased, whereas that of effector memory CD8 T cells significantly decreased after ART. No difference was observed in cytokine concentrations before and after ART, except for a significant decrease in INF-α2 after ART. In ART-naïve patients, the frequency of Tregs was significantly negatively correlated with CD4 T cell (r= –0.595, p=0.012) and CD8 T cell counts (r= –0.517, p=0.034). However, linear regression model estimated that only the CD4 T cell count was negatively associated with Treg frequency in ART-naïve patients (β-coefficient= –0.511, p=0.039). No factor correlated with the frequency of Tregs was found in patients with viral suppression after ART. In the T cell culture model, the degree of RLU reduction increased with the increasing number of Tregs; when more than 10^4 Tregs were added, the reduction in RLU was greater in wells containing Tregs than in those containing the same number of non-Treg cells. An inverse relationship between Treg frequency and CD4 T cell count was observed in ART-naïve patients in this study; however, this relationship disappeared with successful ART. Notably, Tregs may play a role in controlling HIV replication in infected cells. Therefore, both aspects of Tregs must be considered when designing strategies for Treg modulation to treat HIV infections. 사람면역결핍바이러스(HIV) 감염에서 조절 T 세포(Treg)의 역할과 그 역학은 아직 명확하게 밝혀지지 않았다. 이 연구는 HIV에 감염된 환자에서 항레트로바이러스 치료(ART)에 따른 Treg의 빈도 변화 및 Treg의 빈도와 관련된 인자를 평가하고 Treg이 HIV 복제에 미치는 영향을 평가하기 위해 수행되었다. ART 경험이 없는 환자 17명과, 3개월 이상 ART를 받고 HIV가 억제된 환자 20명을 대상으로 하였다. 연구 대상자의 혈액 샘플에서 Treg을 포함한 여러 T 세포 하위 집합의 빈도와 사이토카인 레벨을 측정하였고, Treg의 빈도와 관련된 요인을 확인하였다. 이 중 13명의 환자는 ART 전후에 순차적으로 샘플이 채취되었고, ART에 따른 Treg 및 T 세포 하위 집합의 빈도 변화를 분석하였다. T 세포 배양 모델에서 TZM-bl 세포에 Env-pseudovirus를 감염시킨 후, Treg 혹은 Treg이 아닌 일반 T 세포와 공동 배양 조건에서 HIV-1 Tat-regulated Luc reporter 유전자 발현의 상대적 광단위(RLU)를 측정하였다. 13명의 환자를 대상으로 ART 전후의 샘플을 순차적으로 수집하여 분석한 결과, ART 후 CD4 T 세포와 naïve T 세포의 빈도는 유의하게 증가한 반면, effector memory CD8 T 세포의 빈도는 유의하게 감소하였다. 사이토카인에 관해서는 ART 후 INF-α2가 유의하게 감소한 것을 제외하고 ART 전후 다른 사이토카인 레벨의 의미있는 차이는 없었다. ART를 받지 않은 환자에서, Treg의 빈도와 CD4 T 세포 수 (r= -0.595, p= 0.012) 및 CD8 T 세포 수(r= -0.517, p= 0.034) 간에 유의한 음의 상관관계가 확인되었다. 선형 회귀 모델에서는 ART를 받지 않은 환자에서 CD4 T 세포 수만이 Treg 빈도와 음의 상관관계가 있는 것으로 확인할 수 있었다. (β-coefficient= -0.511, p= 0.039). 그러나 ART 후 바이러스가 억제된 환자에서는 Treg 빈도와 상관관계가 있는 요인이 없었다. T 세포 배양 모델에서는 추가되어 배양된 Treg의 수가 증가할수록 RLU 감소 정도가 증가했으며, 10^4개 이상의 Treg이 추가되었을 때 같은 양의 Treg이 아닌 일반 T 세포가 추가된 경우보다 RLU 감소가 더 크게 측정되었다. 이 연구에서는 ART를 받지 않은 환자에서 Treg 빈도와 CD4 T 세포 수 사이의 음의 상관관계가 확인되었지만, ART를 받고 바이러스가 억제되면 이러한 관계는 확인되지 않았다. 반면에 Treg은 표적 세포에서 HIV의 복제를 조절하는 역할을 할 수 있음을 확인하였다. HIV 감염을 치료하기 위한 Treg 조절 전략을 설계할 때는 이러한 HIV 감염에서 Treg의 양면적인 특성을 모두 고려해야 한다.