Evaluation of the effector capacity of NK cells in men who have sex with men at high risk of HIV-1 infection from Medellín

Abstract

ABSTRACT: Introduction: Repeated exposure to HIV-1 usually result in infection; however, some individuals, under constant exposure to the virus and against the statistical probability, do not show serological or clinical evidence of infection. These individuals are known as HESN (HIV-Exposed Seronegative) and have turned into a key population to search of the natural resistance phenomenon against HIV-1 infection. HESN studies include persons with high-risk sexual behaviors, such as Men Who Have Sex with Men (MSM), who experience biological and sociocultural issues that contribute to a higher risk of acquiring the HIV-1 infection. MSM has been poorly studied compared to other cohorts, such as commercial sex workers (CSW) or intravenous drug users (IDU). Two decades ago, evidence regarding the role of NK cells in natural resistance to HIV-1 infection such as higher effector capacity and higher cytokine production was described in HESN. However, little is known about the effector and antiviral potential of NK cells in the elimination of HIV-infected CD4+ T cells in high-risk MSM. For this, we propose to evaluate the role of NK cells in the natural resistance to HIV-1 infection in this high-risk population. Methodology: MSM at high-risk (HR-MSM) and low risk (LR-MSM) of HIV-1 infection were included in the study. The effector and antiviral capacity of NK cells were evaluated in co-cultures with HIV-infected CD4+ T cells. The p24 viral protein was quantified by intracellular cytometry in HIV-1-infected CD4+ T cells and the supernatants of the co-culture, by ELISA. Activation markers, cytokine production, and functional capacity of NK cells were evaluated by flow cytometry, and the quantification of cytokines in the co-culture was measured by Cytometric Bead Array (CBA). Results: MSM at high-risk of HIV-1 infection exhibit a higher capacity to eliminate HIV+ CD4+ T cells, a reduced percentage of CD69+, and a higher percentage of NKG2D+ NK cells. Despite the lower levels of CD69+ NK cells, within this population, higher percentages of CD69+ IFN-γ+ and CD69+ NKG2D+ NK cells were found in the HR-MSM group. In addition, higher levels of RANTES and Granzyme B were found in the supernatants of the co-cultures of HR-MSM; these molecules are linked to the antiviral activity, which could explain the lower percentages of p24+ cells and the reduced concentration found for this protein in the evaluated supernatants. Finally, correlations among a reduction in the percentage of p24+ cells, RANTES concentration, and percentage of positive NKG2D NK cells were found with the number of sexual partners in the last three months. Conclusion: NK cells from HR-MSM individuals had a higher antiviral capacity, resulting in a lower concentration of p24 protein in the co-cultures and the percentage of p24+ CD4+ T cells. Changes on the antiviral capacity could be driven by differences found in the activation markers and the chemokines and cytokines production compared to LR-MSM. The production of some antiviral molecules was also correlated with the number of sexual partners in the last three months. Altogether, this information suggests that higher exposure to HIV-1 in high-risk individuals could be included in a “training” state of NK cells to face the virus, influencing the natural resistance to HIV observed in this population.

RESUMEN: Introducción: La exposición repetida al VIH-1 generalmente resulta en infección; sin embargo, algunos individuos, bajo constante exposición al virus y contra la probabilidad estadística, no muestran evidencia serológica o clínica de infección. Estos individuos son conocidos como HESN (HIV-Exposed Seronegative) y se han convertido en una población clave para la búsqueda del fenómeno de resistencia natural contra la infección por el VIH-1. Los estudios HESN incluyen personas con comportamientos sexuales de alto riesgo, como Hombres que tienen sexo con hombres (HSH), que experimentan problemas biológicos y socioculturales que contribuyen a un mayor riesgo de contraer la infección por el VIH-1. Los HSH se han estudiado poco en comparación con otras cohortes, como las trabajadoras sexuales comerciales (TSC) o los usuarios de drogas intravenosas (UDI). Hace dos décadas, se describió en HESN evidencia sobre el papel de las células NK en la resistencia natural a la infección por VIH-1, como una mayor capacidad efectora y una mayor producción de citoquinas. Sin embargo, se sabe poco sobre el efector y el potencial antiviral de las células NK en la eliminación de las células T CD4+ infectadas por el VIH en HSH de alto riesgo. Para ello, proponemos evaluar el papel de las células NK en la resistencia natural a la infección por VIH-1 en esta población de alto riesgo. Metodología: Se incluyeron en el estudio HSH de alto riesgo (HR-HSH) y bajo riesgo (LR-HSH) de infección por VIH-1. La capacidad efectora y antiviral de las células NK se evaluó en cocultivos con células T CD4+ infectadas con VIH. La proteína viral p24 se cuantificó por citometría intracelular en células T CD4+ infectadas por VIH-1 y los sobrenadantes del cocultivo, por ELISA. Los marcadores de activación, la producción de citocinas y la capacidad funcional de las células NK se evaluaron mediante citometría de flujo, y la cuantificación de citocinas en el cocultivo se midió mediante Cytometric Bead Array (CBA). Resultados: los HSH con alto riesgo de infección por VIH-1 muestran una mayor capacidad para eliminar las células T CD4+ del VIH+, un porcentaje reducido de CD69+ y un mayor porcentaje de células NK NKG2D+. A pesar de los niveles más bajos de células NK CD69+, dentro de esta población, se encontraron porcentajes más altos de células NK CD69+IFN-γ+ y CD69+ NKG2D+ en el grupo HR-MSM. Además, se encontraron niveles más altos de RANTES y Granzima B en los sobrenadantes de los cocultivos de HR-MSM; estas moléculas están ligadas a la actividad antiviral 7, lo que podría explicar los menores porcentajes de células p24+ y la menor concentración encontrada para esta proteína en los sobrenadantes evaluados. Finalmente, se encontraron correlaciones entre una reducción en el porcentaje de células p24+, concentración de RANTES y porcentaje de células NK NKG2D positivas con el número de parejas sexuales en los últimos tres meses. Conclusión: Las células NK de individuos HR-MSM tuvieron una mayor capacidad antiviral, lo que resultó en una menor concentración de proteína p24 en los cocultivos y el porcentaje de células T CD4+ p24+. Los cambios en la capacidad antiviral podrían deberse a las diferencias encontradas en los marcadores de activación y la producción de quimiocinas y citocinas en comparación con LR-MSM. La producción de algunas moléculas antivirales también se correlacionó con el número de parejas sexuales en los últimos tres meses. En conjunto, esta información sugiere que una mayor exposición al VIH-1 en individuos de alto riesgo podría estar incluida en un estado de “entrenamiento” de las células NK para enfrentar el virus, influyendo en la resistencia natural al VIH observada en esta población.