Skip to main content
Einstein logoLink to Einstein
. 2021 Feb 25;19:eRB6077. doi: 10.31744/einstein_journal/2021RB6077
View full-text in Portuguese

Human follicular helper T lymphocytes critical players in antibody responses

Giovana Toledo Alonso 1, Denilson Stork Fomin 1, Luiz Vicente Rizzo 1
PMCID: PMC7909002  PMID: 33681888

ABSTRACT

Follicular helper T lymphocytes are a subpopulation of CD4+ T lymphocytes initially identified in germinal centers of follicles found in secondary lymphoid organs. The primary function of follicular helper T lymphocytes is to help B lymphocytes’ antibody production. Changing of antibody class and affinity, B cell differentiation and memory generation depend on cooperation between follicular helper T lymphocytes and B cells. In blood, follicular helper T lymphocytes are called circulating follicular helper T lymphocytes. They are considered to have specificities similar to those developed in the secondary lymphoid organs. The phenotype of human follicular helper T lymphocytes is given by simultaneous expression of the markers CXCR5, Bcl-6, CD40L, PD-1, and ICOS. In germinal centers, follicular helper T lymphocytes synthesize interleukin 21 as predominant cytokine. In blood, subpopulations of circulating follicular helper T lymphocytes can be recognized, with different expressions of the classical follicular helper T lymphocytes markers and, in addition, can express other markers such as CXCR3 and CCR6. Presently, there is great interest in follicular helper T lymphocytes and circulating follicular helper T lymphocytes in vaccination studies as indicators of immunization efficacy. In addition, follicular helper T lymphocytes are investigated as possible markers of activity in many diseases and potential therapeutic intervention. This short review describes aspects of immunobiology and quantification of follicular helper T lymphocytes and circulating follicular helper T lymphocytes, and presents a few examples of related findings in systemic lupus erythematosus, rheumatoid arthritis, HIV infection and vaccination.

Keywords: Follicular CD4 T cells, Germinal center, B-lymphocytes, T-lymphocytes, Antibodies

INTRODUCTION

Miller et al.,(1) showed that a population of cells called T helper (Th) cells collaborate with B cells for activation and antibody production. During the following three decades, multiple activities of Th cells related to both B and T cell responses have been discovered. The ability to synthesize diverse cytokines led to the description of several CD4+ Th subpopulations, such as Th1, Th2, and Th17, and each characterized by the synthesis of defined cytokine patterns also known as “signature cytokines”. These populations were found in lymphoid organs, in inflammatory sites, and in the peripheral blood.(2)

In the year 2000, two independent research groups, one from Breitfeld et al.,(3) and the other from Schaerli et al.,(4) identified, in the follicular areas of lymphoid organs, a new subpopulation of CD4+ Th cells with a greater ability to activate B lymphocytes for specific antibody production. This lymphocyte subpopulation has been named follicular helper T lymphocytes (Tfh).

These Tfh cells characteristically have on their surface the chemokine receptor CXCR5, the inducible T-cell costimulatory (ICOS) molecule,(5) the costimulatory CD40L molecule,(6) and the checkpoint regulatory protein PD-1. In addition, Tfh cells have the transcription factor Bcl-6(7) as internal marker. The chemokine receptor CXCR3 is also expressed in a population of CXCR5+PD-1+ follicular Tfh cells.(8)

None of the markers mentioned above is exclusive of Tfh cells, since they can be also found in other lymphocyte populations. The phenotype of Tfh cells is defined by the co-expression of those markers. Moreover, Tfh cells do not stain for, or produce cytokines typical of Th1, Th2 or Th17 cells, but they synthesize interleukins (IL) 4 and 21, which is also a growth factor for Tfh cells.(9)

The stimulatory activity of Tfh cells on B cells relies on establishing additional mutual receptor-ligand interactions (CD40L-CD40 and PD1-PD-1L), and on releasing soluble activating molecules, such as IL-21, IL-4 and BAFF (B cell activating factor). These activities occur in the microenvironment of the follicular areas within the secondary lymphoid organs, resulting in B cell proliferation and stimulation of antibody class switching.(10) The Bcl-6 transcription factor is considered as the determinant marker of Tfh cells, and it is essential for the formation of germinal centers (GC) in the follicles and for affinity maturation of antibodies. In Tfh cells, Bcl-6 inhibits their differentiation to Th1, Th2, and Th17.(9) Bcl-6 has diverse mechanisms of action on various cell types and suppresses genes that act on differentiation, cell cycle control, apoptosis, and inflammation.(11,12) In GC, Bcl-6 supports the rapid proliferation of B cells responding to T cell-dependent antigens, and is necessary for the establishment of memory in both T and B cells.

In the human species, IL-21 stimulates the proliferation of B cells and their differentiation into plasma cells. Class switching to IgG and IgA of CD-40L-interacting B cells is also promoted by IL-21.(13)

Characteristically, TCD4+, CXCR5+, PD-1+ and Bcl-6+ Tfh cells are found in the follicles of secondary lymphoid organs (CG Tfh). However, TCD4+ CXCR5+ lymphocytes are also present in the peripheral blood, and they are considered to derive from Tfh lymphocyte populations originated in secondary lymphoid organs.(14)

There are phenotypic differences between Tfh cells found in the circulation and GC Tfh cells. In general, blood Tfh cells are CXCR5+, and also express Bcl-6, albeit at lower levels, and have some of the functional characteristics of GC Tfh.(15)

Blood Tfh cells also have reduced expression of ICOS and PD-1, two other markers of Tfh cells.(16) Furthermore, Tfh cells staining either positive or negative for CXCR3+ can be found in blood discriminating subpopulations of Tfh cells.(8)

There are important functional differences between blood Tfh cells and GC Tfh cells. Whilst GC Tfh cells exhibit a high capacity to assist B lymphocytes, this function in blood Tfh lymphocytes is complex and still not completely understood.(16) More recently, most authors agree that blood Tfh populations possess helper and memory capabilities.(17,18)

In addition, blood Tfh cells synthesize cytokines and their cytokine profiles have been correlated with distinct phenotypes. Blood Tfh cells of phenotype (CXCR3+CCR6) produce interferon gamma (IFN-γ) and have a Th1-like profile; blood Tfh cells of phenotype (CXCR3CCR6) can produce IL-4 exhibiting a Th2-like profile, and a Th17-like profile is associated to CXCR3CCR6+ blood Tfh cells.(16,19)The fact that a subpopulation of blood Tfh carries the markers of activation Ki67+ PD1+ demonstrates its cells have been recently activated by secondary antigen exposure.

The recognition that Tfh cells are also present in blood was followed by the consideration that blood Tfh cells may reflect the activity of GC throughout the body. The difficulties in investigating this premise in humans are clear. For this reason, researchers in this area most often opt to study palatine tonsils removed during surgery in comparison to the same donor’s blood samples.(20) The identification, quantification, and functions of blood Tfh cells, in comparison to GC Tfh cells, are of interest to basic immunology and also to clinical studies.

Studies on the biology of blood CXCR5+CD4+ T cells in humans are relatively recent. Most agree that CXCR5+CD4+T cells in human blood are circulating memory cells. Studies on memory cells, as well as studies focused on memory Tfh cells, revealed phenotypically and functionally distinct cell subsets.(21) The combination of markers used to define blood Tfh cells differ among older and more recent studies and, consequently, many phenotypes have been proposed for human blood Tfh cells. To date, still there is no absolute consensus on cell surface markers for subpopulations human blood Tfh cells.(8,14,22)

A clear phenotypic definition of blood Tfh cell subsets is important not only to understand better their functionality in relation to GC Tfh cells, but also to identify potential biomarkers to track antibody responses. This is important, for instance, after vaccination or infections or, still, to evaluate unregulated antibody responses in autoimmune diseases.

The matter of correlating helper and memory functionalities of blood Tfh cells with ongoing immune responses in diseases or vaccination is further complicated by the existence of another population of T CD4+ follicular cells that have regulatory properties. These cells carry the intracellular marker Foxp3 and have a dampening function on immune responses. They are called t follicular regulatory (Treg) cells and are also present in the blood.(23) They will not be further addressed in this short review, but one must keep in mind their potential to determine the outcome of immune responses helped by Tfh cells.

Most Tfh cells seen in blood are resting memory cells that recirculate between the different lymphoid organs, lymph, and blood. Most authors use the term circulating Tfh (cTfh) cells, while others prefer the term blood Tfh cells to designate the Tfh cells present in blood. We will use cTfh cells from now on in this review.

The relative frequencies of cTfh cells positive for different Tfh markers are much lower and diverse in comparison to those of Tfh cells existing in a secondary lymphoid organ. In addition, the frequencies vary according to the markers chosen by the investigator to compound the phenotype. This often makes the interpretation of published results difficult. This is exemplified by our own results(24)(Table 1) that compare, in healthy individuals, the frequencies of cells positive for classical Tfh cell markers in palatine tonsils versus venous blood. The mean frequency of TCD4+ cells in blood that express CXCR5 was 5.4% (standard deviation 3.6), and one must bear in mind that Tfh cells are relatively scarce in comparison to classic Th CD4+ helper cells.

Table 1. Frequencies of follicular helper T lymphocytes exhibiting classic and additional markers in palatine tonsils and in peripheral venous blood of healthy donors.

  T CD4+ CXCR5+ cells positive for additional Tfh markers*
  Bcl-6 IL-21R CD40L PD-1 ICOS
Palatine tonsils 42.4 (28.8) 6.5 (8.1) 5.0 (3.5) 7.8 (4.5) 84.9 (29.1)
Venous blood 16.6 (19.1) 47.9 (29.6) 16.1 (12.5) 6.5 (6.3) 70.1 (38.9)
p value <0.05 <0.05 <0.05 NS NS

CXCR5 was 5.4±3.6%. * Mean % and (standard deviation) of paired samples from 12 otherwise healthy donors aged 24 to 50 years (seven men and five women) who underwent tonsillectomy for respiratory problems and/or swallowing difficulty; high and medium fluorescence intensity; paired t- test. Tfh: follicular helper T lymphocytes; IL: interleukin; ICOS: inducible T-cell costimulatory molecule; NS: not significant.

Despite the difficulties related to defining cTfh cell phenotypes in blood and the marked variations observed in cTfh cell numbers among individuals, the number of articles reporting alterations of cTfh cells in diseases increased exponentially in the past 10 years. Because cTfh cells provide help for antibody synthesis, these cells are the focus of great number of studies on autoimmune and other diseases in which antibodies are implicated in the pathogenesis. There are excellent comprehensive recent reviews on Tfh cells and diseases.(6,14,25-29)

The available information suggests that Tfh cells can contribute to autoimmune diseases by facilitating the generation of autoantibodies. Among autoimmune diseases with elevated autoantibody levels, systemic lupus erythematosus (SLE) and rheumatoid arthritis (RA) have been the most investigated. There is intense investigation about disease activity markers, and inhibition of Tfh cellular activity is a potential target of therapy.

In SLE, the deposition of antigen-antibody complexes is important in pathogenesis, and the increased numbers of activated cTfh cells in blood correlate with elevated levels of autoantibodies. However, it is not clear whether there is a direct correlation with disease activity. Nevertheless, inhibition of Tfh cells is a potential therapeutic target.(27)

Activated cTfh cells are found in greater numbers in the active phases of RA, and they are deemed to participate in its pathogenesis. The development of ectopic lymphoid tissue is seen in RA and less frequently in SLE. The follicles in these tissues contain large numbers of Tfh cells, and it is thought that Tfh facilitate the formation and maintenance of ectopic follicles.(28,30) However, in RA and in other situations the outcome depends on the balance of Tfh and Treg cells.(31)

The pathophysiology of Tfh cells has been studied in many autoimmune diseases. Excellent information and discussion of specific aspects can be found in recent reviews.(6,14,26-29,32)

Another disease group in which Tfh cells became a focus of investigation is infections. Among these, we will mention briefly here HIV-AIDS, because of the great number of studies on Tfh cells in HIV infection.(25,29) Follicular helper T lymphocytes can be infected by HIV-1 and are reservoirs for the virus. It is thought that a subpopulation of CCR5+ Tfh precursors are susceptible to the virus. However, whereas classic T CD4+ cells are killed by the virus, the number of Tfh cells in lymph nodes paradoxically increases during infection.(33)

Vaccination is another area in which Tfh cells are much studied. Ideally, a potent Tfh cell response, reflected in cTfh cells, should correlate with antibody titers and protective antibody responses. Nonetheless, a more than an optimal expansion of Tfh cells may interfere with B cell affinity maturation and the generation of high-affinity antibody producing cells.(25,28)

A basic question, important to vaccination studies and all studies on cTfh cells, is whether the repertoire of T cell receptor (TCR) specificities existing in cTfh cells does indeed reflect the TCR specificities present in secondary lymphoid organs. A recent study on influenza-specific TCR expression shows that this is true, indicating that cTfh cells present in human blood can be used to gain insight into the specificity of Tfh cell responses in lymphoid tissues.(8)

Finally, investigation on Tfh cells should advance basic knowledge of pathways regulating B cell expansion and memory functions. There is much interest in cTfh cells as markers of effective memory induction in vaccination studies. In addition, it may be become possible to inhibit harmful Tfh cell activation in some diseases, such as autoimmune diseases, IgE-mediated allergic diseases and cancer.

ACKNOWLEDGMENTS

We thank Dr. Ises de Almeida Abrahamsohn for insightful suggestions and for asssitance in writing this article. Giovana Toledo Alonso received a graduate student fellowship from the Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Ministry of Education, Brazil.

REFERENCES

  • 1.1. Miller JF, Mitchell GF. Cell to cell interaction in the immune response. I. Hemolysin-forming cells in neonatally thymectomized mice reconstituted with thymus or thoracic duct lymphocytes. J Exp Med. 1968;128(4):801-20. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Miller JF, Mitchell GF. Cell to cell interaction in the immune response. J Exp Med. 1968;128(4):801–820. doi: 10.1084/jem.128.4.801. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 2.2. Raphael I, Nalawade S, Eagar TN, Forsthuber TG. T cell subsets and their signature cytokines in autoimmune and inflammatory diseases. Cytokine. 2015;74(1):5-17. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Raphael I, Nalawade S, Eagar TN, Forsthuber TG. T cell subsets and their signature cytokines in autoimmune and inflammatory diseases. Cytokine. 2015;74(1):5–17. doi: 10.1016/j.cyto.2014.09.011. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 3.3. Breitfeld D, Ohl L, Kremmer E, Ellwart J, Sallusto F, Lipp M, et al. Follicular B- helper T cells express CXC chemokine receptor 5, localize to B cell follicles, and support immunoglobulin production. J Exp Med. 2000;192(11):1545-52. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Breitfeld D, Ohl L, Kremmer E, Ellwart J, Sallusto F, Lipp M, et al. Follicular B- helper T cells express CXC chemokine receptor 5, localize to B cell follicles, and support immunoglobulin production. J Exp Med. 2000;192(11):1545–1552. doi: 10.1084/jem.192.11.1545. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 4.4. Schaerli P, Willimann K, Lang AB, Lipp M, Loetscher P, Moser B. CXC chemokine receptor 5 expression defines follicular homing T cells with B cell helper function. J Exp Med. 2000;192(11):1553-62. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Schaerli P, Willimann K, Lang AB, Lipp M, Loetscher P, Moser B. CXC chemokine receptor 5 expression defines follicular homing T cells with B cell helper function. J Exp Med. 2000;192(11):1553–1562. doi: 10.1084/jem.192.11.1553. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 5.5. Akiba H, Takeda K, Kojima Y, Usui Y, Harada N, Yamazaki T, et al. The role of ICOS in the CXCR5+ follicular B helper T cell maintenance in vivo. J Immunol. 2005;175(4):2340-8. [DOI] [PubMed]; Akiba H, Takeda K, Kojima Y, Usui Y, Harada N, Yamazaki T, et al. The role of ICOS in the CXCR5+ follicular B helper T cell maintenance in vivo. J Immunol. 2005;175(4):2340–2348. doi: 10.4049/jimmunol.175.4.2340. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 6.6. Ma CS, Deenick EK. Human T follicular helper (Tfh) cells and disease. Immunol Cell Biol. 2014;92(1):64-71. Review. [DOI] [PubMed]; Ma CS, Deenick EK. Human T follicular helper (Tfh) cells and disease. Immunol Cell Biol. 2014;92(1):64–71. doi: 10.1038/icb.2013.55. Review. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 7.7. Nurieva RI, Chung Y, Martinez GJ, Yang XO, Tanaka S, Matskevitch TD, et al. Bc16 mediates the development of T follicular helper cells. Science. 2009;325(5943):1001-5. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Nurieva RI, Chung Y, Martinez GJ, Yang XO, Tanaka S, Matskevitch TD, et al. Bc16 mediates the development of T follicular helper cells. Science. 2009;325(5943):1001–1005. doi: 10.1126/science.1176676. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 8.8. Brenna E, Davydov AN, Ladell K, McLaren JE, Bonaiuti P, Metsger M, et al. CD4(+) T follicular helper cells in human tonsils and blood are clonally convergent but divergent from non-Tfh CD4(+) cells. Cell Rep. 2020;30(1):137-52.e5. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Brenna E, Davydov AN, Ladell K, McLaren JE, Bonaiuti P, Metsger M, et al. CD4(+) T follicular helper cells in human tonsils and blood are clonally convergent but divergent from non-Tfh CD4(+) cells. Cell Rep. 2020;30(1):137–52.e5. doi: 10.1016/j.celrep.2019.12.016. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 9.9. Nurieva RI, Chung Y, Hwang D, Yang XO, Kang HS, Ma L, et al. Generation of T follicular helper cells is mediated by interleukin-21 but independent of T helper 1, 2, or 17 cell lineages. Immunity. 2008;29(1):138-49. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Nurieva RI, Chung Y, Hwang D, Yang XO, Kang HS, Ma L, et al. Generation of T follicular helper cells is mediated by interleukin-21 but independent of T helper 1, 2, or 17 cell lineages. Immunity. 2008;29(1):138–149. doi: 10.1016/j.immuni.2008.05.009. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 10.10. Good-Jacobson KL, Szumilas CG, Chen L, Sharpe AH, Tomayko MM, Shlomchik MJ. PD-1 regulates germinal center B cell survival and the formation and affinity of long-lived plasma cells. Nat Immunol. 2010;11(6):535-42. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Good-Jacobson KL, Szumilas CG, Chen L, Sharpe AH, Tomayko MM, Shlomchik MJ. PD-1 regulates germinal center B cell survival and the formation and affinity of long-lived plasma cells. Nat Immunol. 2010;11(6):535–542. doi: 10.1038/ni.1877. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 11.11. Klein U, Dalla-Favera R. Germinal centres: role in B-cell physiology and malignancy. Nat Rev Immunol. 2008; 8(1):22-33. Review. [DOI] [PubMed]; Klein U, Dalla-Favera R. Germinal centres: role in B-cell physiology and malignancy. Nat Rev Immunol. 2008;8(1):22–33. doi: 10.1038/nri2217. Review. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 12.12. Dent AL, Shaffer AL, Yu X, Allman D, Staudt LM. Control of inflammation, cytokine expression, and germinal center formation by BCL-6. Science. 1997;276(5312):589-92. [DOI] [PubMed]; Dent AL, Shaffer AL, Yu X, Allman D, Staudt LM. Control of inflammation, cytokine expression, and germinal center formation by BCL-6. Science. 1997;276(5312):589–592. doi: 10.1126/science.276.5312.589. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 13.13. Avery DT, Bryant VL, Ma CS, de Waal Malefyt R, Tangye SG. IL-21-induced isotype switching to IgG and IgA by human naive B cells is differentially regulated by IL-4. J Immunol. 2008;181(3):1767-79. [DOI] [PubMed]; Avery DT, Bryant VL, Ma CS, Waal Malefyt R, Tangye SG. IL-21-induced isotype switching to IgG and IgA by human naive B cells is differentially regulated by IL-4. J Immunol. 2008;181(3):1767–1779. doi: 10.4049/jimmunol.181.3.1767. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 14.14. Song W, Craft J. T follicular helper cell heterogeneity: time, space, and function. Immunol Rev. 2019;288(1):85-96. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Song W, Craft J. T follicular helper cell heterogeneity: time, space, and function. Immunol Rev. 2019;288(1):85–96. doi: 10.1111/imr.12740. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 15.15. Allen CD, Okada T, Cyster JG. Germinal-center organization and cellular dynamics. Immunity. 2007;27(2):190-202. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Allen CD, Okada T, Cyster JG. Germinal-center organization and cellular dynamics. Immunity. 2007;27(2):190–202. doi: 10.1016/j.immuni.2007.07.009. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 16.16. Morita R, Schmitt N, Bentebibel SE, Ranganathan R, Bourdery L, Zurawski G, et al. Human blood CXCR5(+)CD4(+) T cells are counterparts of T follicular cells and contain specific subsets that differentially support antibody secretion. Immunity. 2011;34(1):108-21. Erratum in: Immunity. 2011;34(1):135. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Morita R, Schmitt N, Bentebibel SE, Ranganathan R, Bourdery L, Zurawski G, et al. Human blood CXCR5(+)CD4(+) T cells are counterparts of T follicular cells and contain specific subsets that differentially support antibody secretion. Immunity. 2011;34(1):108–121. doi: 10.1016/j.immuni.2010.12.012. Erratum in: Immunity. 2011;34(1):135. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 17.17. Crotty S. T follicular helper cell differentiation, function, and roles in disease. Immunity. 2014;41(4):529-42. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Crotty S. T follicular helper cell differentiation, function, and roles in disease. Immunity. 2014;41(4):529–542. doi: 10.1016/j.immuni.2014.10.004. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 18.18. Tubo NJ, Fife BT, Pagan AJ, Kotov DI, Goldberg MF, Jenkins MK. Most microbe-specific naïve CD4⁺ T cells produce memory cells during infection. Science. 2016;351(6272):511-4. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Tubo NJ, Fife BT, Pagan AJ, Kotov DI, Goldberg MF, Jenkins MK. Most microbe-specific naïve CD4⁺ T cells produce memory cells during infection. Science. 2016;351(6272):511–514. doi: 10.1126/science.aad0483. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 19.19. Bentebibel SE, Lopez S, Obermoser G, Schmitt N, Mueller C, Harrod C, et al. Induction of ICOS+CXCR3+CXCR5+ TH cells correlates with antibody responses to influenza vaccination. Sci Transl Med. 2013;5(176):176ra32. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Bentebibel SE, Lopez S, Obermoser G, Schmitt N, Mueller C, Harrod C, et al. Induction of ICOS+CXCR3+CXCR5+ TH cells correlates with antibody responses to influenza vaccination. Sci Transl Med. 2013;5(176):176ra32. doi: 10.1126/scitranslmed.3005191. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 20.20. Bentebibel SE, Schmitt N, Banchereau J, Ueno H. Human tonsil B-cell lymphoma 6 (BCL6)-expressing CD4+ T-cell subset specialized for B-cell help outside germinal centers. Proc Natl Acad Sci USA. 2011;108(33):E488-97. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Bentebibel SE, Schmitt N, Banchereau J, Ueno H. Human tonsil B-cell lymphoma 6 (BCL6)-expressing CD4+ T-cell subset specialized for B-cell help outside germinal centers. Proc Natl Acad Sci USA. 2011;108(33):E488–E497. doi: 10.1073/pnas.1100898108. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 21.21. Schmitt N, Bentebibel SE, Ueno H. Phenotype and functions of memory Tfh cells in human blood. Trends Immunol. 2014;35(9):436-42. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Schmitt N, Bentebibel SE, Ueno H. Phenotype and functions of memory Tfh cells in human blood. Trends Immunol. 2014;35(9):436–442. doi: 10.1016/j.it.2014.06.002. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 22.22. Nguyen QP, Deng TZ, Witherden DA, Goldrath AW. Origins of CD4 + circulating and tissue-resident memory T-cells Immunology. 2019;157(1):3-12. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Nguyen QP, Deng TZ, Witherden DA, Goldrath AW. Origins of CD4 + circulating and tissue-resident memory T-cells. Immunology. 2019;157(1):3–12. doi: 10.1111/imm.13059. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 23.23. Fonseca VR, Ribeiro F, Graca L. T follicular regulatory (Tfr) cells: dissecting the complexity of Tfr-cell compartments. Immunol Rev. 2019; 288(1):112-27. Review. [DOI] [PubMed]; Fonseca VR, Ribeiro F, Graca L. T follicular regulatory (Tfr) cells: dissecting the complexity of Tfr-cell compartments. Immunol Rev. 2019;288(1):112–127. doi: 10.1111/imr.12739. Review. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 24.24. Alonso GT. Caracterização do perfil das células T foliculares do centro germinativo e circulantes [tese]. São Paulo: Faculdade Israelita de Ciências da Saúde Albert Einstein, Hospital Israelita Albert Einstein; 2020. 71f.; Alonso GT. Caracterização do perfil das células T foliculares do centro germinativo e circulantes. São Paulo: Faculdade Israelita de Ciências da Saúde Albert Einstein, Hospital Israelita Albert Einstein; 2020. 71 tese. [Google Scholar]
  • 25.25. Ueno H, Banchereau J, Vinuesa CG. Pathophysiology of T follicular helper cells in humans and mice. Nat Immunol. 2015;16(2):142-52. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Ueno H, Banchereau J, Vinuesa CG. Pathophysiology of T follicular helper cells in humans and mice. Nat Immunol. 2015;16(2):142–152. doi: 10.1038/ni.3054. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 26.26. Seth A, Craft J. Spatial and functional heterogeneity of follicular helper T cells in autoimmunity. Curr Opin Immunol. 2019;61:1-9. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Seth A, Craft J. Spatial and functional heterogeneity of follicular helper T cells in autoimmunity. Curr Opin Immunol. 2019;61:1–9. doi: 10.1016/j.coi.2019.06.005. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 27.27. Gensous N, Charrier M, Duluc D, Contin-Bordes C, Truchetet ME, Lazaro E, et al. T Follicular helper cells in autoimmune disorders. Front Immunol. 2018;9:1637. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Gensous N, Charrier M, Duluc D, Contin-Bordes C, Truchetet ME, Lazaro E, et al. T Follicular helper cells in autoimmune disorders. 1637Front Immunol. 2018;9 doi: 10.3389/fimmu.2018.01637. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 28.28. Crotty S. T follicular helper cell biology: a decade of discovery and diseases. Immunity. 2019;50(5):1132-48. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Crotty S. T follicular helper cell biology: a decade of discovery and diseases. Immunity. 2019;50(5):1132–1148. doi: 10.1016/j.immuni.2019.04.011. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 29.29. Vinuesa CG, Linterman MA, Yu D, MacLennan IC. Follicular helper t cells. Annu Rev Immunol. 2016;34:335-68. Review. [DOI] [PubMed]; Vinuesa CG, Linterman MA, Yu D, MacLennan IC. Follicular helper t cells. Annu Rev Immunol. 2016;34:335–368. doi: 10.1146/annurev-immunol-041015-055605. Review. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 30.30. Cao G, Chi S, Wang X, Sun J, Zhang Y. CD4+CXCR5+PD-1+ T follicular helper cells play a pivotal role in the development of rheumatoid arthritis. Med Sci Monit. 2019;25:3032-40. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Cao G, Chi S, Wang X, Sun J, Zhang Y. CD4+CXCR5+PD-1+ T follicular helper cells play a pivotal role in the development of rheumatoid arthritis. Med Sci Monit. 2019;25:3032–3040. doi: 10.12659/MSM.914868. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 31.31. Deng J, Wei Y, Fonseca VR, Graca L, Yu D. T follicular helper cells and T follicular regulatory cells in rheumatic diseases. Nat Rev Rheumatol. 2019;15(8):475-90. Review. [DOI] [PubMed]; Deng J, Wei Y, Fonseca VR, Graca L, Yu D. T follicular helper cells and T follicular regulatory cells in rheumatic diseases. Nat Rev Rheumatol. 2019;15(8):475–490. doi: 10.1038/s41584-019-0254-2. Review. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 32.32. Mesquita D Jr, Cruvinel WM, Resende LS, Mesquita FV, Silva NP, Câmara NO, et al. Follicular helper T cell in immunity and autoimmunity. Braz J Med Biol Res. 2016;49(5): e5209. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Mesquita D, Jr, Cruvinel WM, Resende LS, Mesquita FV, Silva NP, Câmara NO, et al. Follicular helper T cell in immunity and autoimmunity. Braz J Med Biol Res. 2016;49(5):e5209. doi: 10.1590/1414-431X20165209. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 33.33. Zaunders J, Xu Y, Kent SJ, Koelsch KK, Kelleher AD. Divergent expression of CXCR5 and CCR5 on CD4 + T cells and the paradoxical accumulation of T follicular helper cells during HIV infection. Front Immunol. 2017;8:495. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed]; Zaunders J, Xu Y, Kent SJ, Koelsch KK, Kelleher AD. Divergent expression of CXCR5 and CCR5 on CD4 + T cells and the paradoxical accumulation of T follicular helper cells during HIV infection. 495Front Immunol. 2017;8 doi: 10.3389/fimmu.2017.00495. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
Einstein (Sao Paulo). 2021 Feb 25;19:eRB6077. [Article in Portuguese]

Linfócitos T auxiliares foliculares humanos: células essenciais para a resposta de anticorpos

Giovana Toledo Alonso 1, Denilson Stork Fomin 1, Luiz Vicente Rizzo 1

RESUMO

Linfócitos T auxiliares foliculares são uma subpopulação de linfócitos T CD4+ identificada inicialmente nos centros germinativos dos folículos dos órgãos linfoides secundários. Sua função primordial é auxiliar os linfócitos B na produção de anticorpos. A mudança de classe e de afinidade dos anticorpos, a diferenciação das células B e a geração de memória dependem da cooperação entre os linfócitos T auxiliares foliculares e as células B. No sangue, recebem o nome de linfócitos T auxiliares circulantes. Considera-se que possuem especificidades semelhantes às desenvolvidas nos órgãos linfoides secundários. O fenótipo dos linfócitos T auxiliares humanos é dado pela expressão conjunta dos marcadores CXCR5, Bcl-6, CD40L, PD-1 e ICOS. Nos folículos, linfócitos T auxiliares sintetizam a interleucina 21 como citocina predominante. No sangue, são descritas várias subpopulações de linfócitos T auxiliares circulantes com expressões variadas dos marcadores clássicos de linfócitos T auxiliares, além de poderem agregar outros, como CXCR3 e CCR6. Existe um enorme interesse no estudo de linfócitos T auxiliares e linfócitos T auxiliares circulantes, para a avaliação de eficácia de vacinação. São também investigados como possíveis marcadores de atividade em muitas doenças e potenciais intervenções terapêuticas. Esta breve revisão descreve aspectos da imunobiologia e da quantificação de linfócitos T auxiliares humanos e linfócitos T auxiliares circulantes, além de apresentar alguns achados relacionados em lúpus eritematoso sistêmico, artrite reumatoide, infecção por HIV e vacinação.

Keywords: Células T CD4 foliculares, Centro germinativo, Linfócitos B, Linfócitos T, Anticorpos

INTRODUÇÃO

Um estudo de Miller et al.,(1)demonstrou que uma população de células chamadas “linfócitos T auxiliares” (Th) colabora com os linfócitos B na ativação e na produção de anticorpos. Nas três décadas seguintes a esse estudo, foram descobertas diversas atividades dos linfócitos Th relacionadas às respostas de linfócitos B e T. A capacidade de sintetizar diversas citocinas levou à descrição de várias subpopulações de linfócitos Th CD4+, como Th1, Th2 e Th17, e cada uma delas é caracterizada pela síntese de padrões específicos de citocinas, denominadas “citocinas de assinatura”. Essas subpopulações foram encontradas em órgãos linfoides, em sítios inflamatórios e no sangue periférico.(2)

No ano 2000, dois grupos de pesquisa independentes, um de Breitfeld et al.,(3) e outro de Schaerli et al.,(4)identificaram, nas áreas foliculares dos órgãos linfoides, uma nova subpopulação de linfócitos Th CD4+ com maior capacidade de ativar linfócitos B para produção de anticorpos específicos. Essa subpopulação de linfócitos foi denominada “linfócitos T auxiliares foliculares” (Tfh).

Os linfócitos Tfh apresentam, em sua superfície, o receptor de quimiocina CXCR5, a molécula coestimuladora induzível de linfócitos T (ICOS - inducible T-cell costimulatory),(5)a molécula coestimuladora de CD40L(6)e a proteína reguladora de checkpoint, PD-1. Além disso, os linfócitos Tfh possuem o fator de transcrição Bcl-6(7) como marcador interno. O receptor de quimiocina CXCR3 também é expresso na população de linfócitos Tfh CXCR5+PD-1(8)

Nenhum dos marcadores mencionados é exclusivo dos linfócitos Tfh, já que também podem ser encontrados em outras populações de linfócitos. O fenótipo dos linfócitos Tfh é definido pela coexpressão desses marcadores. Ainda, os linfócitos Tfh não se coram e nem produzem citocinas típicas de células Th1, Th2 ou Th17, mas sintetizam as interleucinas (IL) 4 e 21, que também são fatores de crescimento de linfócitos Tfh.(9)

As atividades de estimulação dos linfócitos B por linfócitos Tfh dependem de interações mútuas adicionais entre receptor e ligante (CD40L-CD40 e PD1-PD-1L), da liberação de moléculas solúveis ativadoras, como IL-21, IL-4 e o fator de ativação de linfócitos B (BAFF). Essas atividades ocorrem no microambiente das áreas foliculares dos órgãos linfoides secundários e levam à proliferação de linfócitos B e à estimulação da mudança de classe dos anticorpos.(10)O fator de transcrição Bcl-6 é considerado o marcador determinante dos linfócitos Tfh, sendo essencial para a formação dos centros germinativos (CG) nos folículos e para a maturação da afinidade dos anticorpos. O fator Bcl-6 inibe a diferenciação dos linfócitos Tfh em Th1, Th2 e Th17.(9) O Bcl-6 possui diferentes mecanismos de ação sobre vários tipos de célula e suprime os genes que atuam na diferenciação celular, no controle do ciclo celular, na apoptose e na inflamação.(11,12)Nos CGs, o Bcl-6 auxilia na rápida proliferação de linfócitos B em resposta a antígenos T-dependentes, sendo necessário para a geração de memória tanto em linfócitos T quanto B.

Na espécie humana, a IL-21 estimula a proliferação de linfócitos B e sua diferenciação em plasmócitos. A IL-21 também promove a mudança de classe de linfócitos B que interagem com CD-40L para IgG e IgA.(13)

Os linfócitos Tfh TCD4+, CXCR5+, PD-1+ e Bcl-6+ são encontrados nos folículos dos órgãos linfoides secundários (Tfh CG). Contudo, linfócitos TCD4+ e CXCR5+ também estão presentes no sangue periférico e acredita-se que eles derivam de populações de Tfh com origem em órgãos linfoides secundários.(14)

Há diferenças fenotípicas entre os linfócitos Tfh encontrados na circulação e os linfócitos Tfh CG. Em geral, os linfócitos Tfh sanguíneos são CXCR5+ e também expressam Bcl-6, embora em níveis mais baixos, e têm algumas das características funcionais dos Tfh CG.(15)

Os linfócitos Tfh sanguíneos também têm expressão reduzida de ICOS e PD-1, outros dois marcadores de linfócitos Tfh.(16)Além disso, os linfócitos Tfh com coloração positiva ou negativa para CXCR3+ podem ser encontrados em subpopulações discriminatórias de linfócitos Tfh sanguíneos.(8)

Existem diferenças funcionais importantes entre os linfócitos Tfh sanguíneos e os linfócitos Tfh CG. Enquanto os Tfh CG possuem alta capacidade de auxiliar os linfócitos B, essa função nos linfócitos Tfh sanguíneos é complexa e não está ainda completamente compreendida.(16) Recentemente, a maioria dos autores tem concordado que as populações de Tfh sanguíneos possuem capacidade de auxílio e de memória.(17,18)

Ademais, os Tfh sanguíneos sintetizam citocinas, e seus perfis de citocinas foram correlacionados com fenótipos distintos. Os linfócitos Tfh com fenótipo (CXCR3+CCR6-) produzem interferão-gama (IFN-γ) e têm perfil Th1; os Tfh sanguíneos com fenótipo (CXCR3-CCR6-) podem produzir IL-4 e possuem perfil Th2, enquanto o perfil Th17 está associado a linfócitos Tfh sanguíneos CXCR3-CCR6+.(16,19)O fato de uma subpopulação de linfócitos Tfh sanguíneos apresentar os marcadores de ativação Ki67+ e PD1+ evidencia que suas células foram recentemente ativadas pela exposição a antígenos secundários.

O reconhecimento de que os linfócitos Tfh também estão presentes no sangue foi seguido pela consideração de que os linfócitos Tfh sanguíneos podem refletir a atividade do CG em todo o corpo. As dificuldades de se investigar essa premissa em humanos são claras. Por esse motivo, muitas vezes, os pesquisadores da área preferem estudar as tonsilas palatinas removidas em cirurgia do que as amostras sanguíneas do mesmo doador.(20) A identificação, a quantificação e as funções dos linfócitos Tfh sanguíneos, comparadas com as dos linfócitos Tfh CG, são de interesse tanto para imunologia básica quanto para estudos clínicos.

Estudos sobre a biologia dos linfócitos T CXCR5+CD4+ sanguíneos em humanos são relativamente recentes. A maioria deles concorda que os linfócitos T CXCR5+CD4+ no sangue humano são células de memória circulantes. Estudos sobre células de memória, bem como estudos focados em linfócitos Tfh de memória, revelaram subconjuntos de células fenotípica e funcionalmente distintos.(21) Os estudos mais antigos usavam combinações de marcadores para definir os linfócitos Tfh sanguíneos diferentes das combinações usadas por estudos mais recentes, o que levou a diferentes propostas de fenótipos para os linfócitos Tfh no sangue humano. Até o momento, ainda não há consenso absoluto sobre os marcadores de superfície celular para subpopulações de células Tfh sanguíneas em humanos.(8,14,22)

Ter uma definição clara do fenótipo dos subconjuntos de linfócitos Tfh sanguíneos é importante não apenas para compreender melhor sua funcionalidade em relação aos linfócitos Tfh CG, mas também para identificar potenciais biomarcadores para rastreamento das respostas de anticorpos. Isso é importante, por exemplo, após vacinas ou infecções ou, ainda, para avaliar respostas desreguladas de anticorpos em doenças autoimunes.

Correlacionar as funcionalidades de auxílio e memória dos linfócitos Tfh sanguíneos com respostas imunológicas em andamento, desencadeadas por doenças ou pela vacinação, torna-se tarefa ainda mais complicada pela existência de outra população de linfócitos T foliculares CD4+ com propriedades regulatórias. Essas células possuem o marcador intracelular Foxp3 e têm função de atenuar as respostas imunológicas. São denominadas células T foliculares regulatórias (Tfreg) e também estão presentes no sangue.(23) Esta breve revisão não aborda essas células de forma detalhada, mas devemos lembrar seu potencial de determinar o desfecho das respostas imunológicas auxiliadas por linfócitos Tfh.

A maioria dos linfócitos Tfh do sangue são células de memória em repouso que recirculam entre os diferentes órgãos linfoides, a linfa e o sangue. A maior parte dos autores usa o termo “linfócitos Tfh circulantes” (cTfh) para designar as células Tfh presentes no sangue, mas alguns preferem o termo “linfócitos Tfh sanguíneos”. Nesta revisão, nós nos referiremos a elas como linfócitos cTfh.

As frequências relativas dos linfócitos cTfh positivos para diferentes marcadores de Tfh são muito mais baixas e diversas do que as dos linfócitos Tfh encontrados em órgãos linfoides secundários. Além disso, as frequências variam de acordo com os marcadores escolhidos pelo investigador para compor o fenótipo. Isso dificulta a interpretação dos resultados publicados. Um exemplo disso são os nossos próprios resultados(24) (Tabela 1) que comparam as frequências de linfócitos positivos para os marcadores clássicos de Tfh em tonsilas palatinas e no sangue venoso de indivíduos saudáveis. A frequência média de linfócitos TCD4+ que expressam CXCR5 no sangue foi 5,4% (desvio-padrão de 3,6) e deve-se lembrar de que os linfócitos Tfh são relativamente escassos em comparação com os linfócitos Th CD4+ clássicos.

Tabela 1. Frequências de linfócitos T auxiliares foliculares que exibem marcadores clássicos e adicionais em tonsilas palatinas e no sangue venoso periférico de doadores saudáveis.

  Células T CD4+ CXCR5+ positivas para marcadores Tfh adicionais*
  Bcl-6 IL-21R CD40L PD-1 ICOS
Tonsilas palatinas 42,4 (28,8) 6,5 (8,1) 5,0 (3,5) 7,8 (4,5) 84,9 (29,1)
Sangue venoso 16,6 (19,1) 47,9 (29,6) 16,1 (12,5) 6,5 (6,3) 70,1 (38,9)
Valor de p <0,05 <0,05 <0,05 NS NS

CXCR5 foi 5,4±3,6%. * Média em % e (desvio-padrão) de amostras pareadas de 12 doadores saudáveis com idades entre 24 e 50 anos (sete homens e cinco mulheres) que foram submetidos a tonsilectomia por problemas respiratórios e/ou dificuldade de deglutição; intensidade de fluorescência alta e média; teste t pareado. Tfh: linfócitos T auxiliares foliculares; IL: interleucina; ICOS: molécula coestimuladora induzível de linfócitos T; NS: não significativo.

Apesar das dificuldades de definir os fenótipos de linfócitos cTfh no sangue e das variações acentuadas nos números dessas células observadas entre indivíduos, a quantidade de artigos relatando alterações dos linfócitos cTfh em doenças aumentou exponencialmente nos últimos 10 anos. Como os linfócitos cTfh auxiliam na síntese de anticorpos, eles são o foco de um grande número de estudos acerca de doenças autoimunes e outras doenças em que anticorpos estão envolvidos na patogênese. Há excelentes revisões recentes e abrangentes sobre os linfócitos Tfh e as doenças.(6,14,25-29)

As informações disponíveis sugerem que os linfócitos Tfh podem contribuir para doenças autoimunes, facilitando a geração de autoanticorpos. Entre as doenças autoimunes com níveis elevados de autoanticorpos, o lúpus eritematoso sistêmico (LES) e a artrite reumatoide (AR) foram as mais pesquisadas. Há intensa investigação sobre os marcadores de atividade da doença, e a inibição da atividade celular dos Tfh é considerada um potencial alvo terapêutico.

No LES, o depósito de complexos antígeno-anticorpo tem papel importante na patogênese da doença, e o número elevado de linfócitos cTfh ativados no sangue se correlaciona com níveis mais altos de autoanticorpos. No entanto, a correlação direta com a atividade da doença ainda não está clara. Ainda assim, a inibição de linfócitos Tfh é um potencial alvo terapêutico.(27)

Linfócitos cTfh ativados são vistos em maior número nas fases ativas da AR, e considera-se que eles participam de sua patogênese. Na AR, há desenvolvimento de tecido linfoide ectópico, o que ocorre com menor frequência no LES. Os folículos desses tecidos contêm grande número de linfócitos Tfh, e acredita-se que essas células facilitem a formação e a manutenção de folículos ectópicos.(28,30) Porém, na AR, assim como em outras situações, o resultado depende do equilíbrio entre linfócitos Tfh e Tfreg.(31)

A fisiopatologia dos linfócitos Tfh foi estudada em diversas doenças autoimunes. Excelentes informações e discussões sobre aspectos específicos podem ser encontradas em revisões recentes.(6,14,26-29,32)

Outro grupo de doenças em que os linfócitos Tfh tornaram-se um tópico de pesquisa é o das infecções. Entre elas, mencionaremos aqui brevemente o HIV-AIDS, devido ao grande número de estudos sobre essas células na infecção por HIV.(25,29)Os linfócitos Tfh podem ser infectados pelo HIV-1 e passam a servir de reservatórios para o vírus. Acredita-se que uma subpopulação de precursores de Tfh CCR5+ seja suscetível ao vírus. No entanto, enquanto os linfócitos T CD4+ clássicos são mortos pelo vírus, o número de Tfh em linfonodos aumenta paradoxalmente durante a infecção.(33)

A vacinação é outra área em que os linfócitos Tfh são muito estudados. Idealmente, uma resposta potente de linfócitos Tfh, refletida em linfócitos cTfh, deve se correlacionar com títulos de anticorpos e respostas de anticorpos protetores. No entanto, uma expansão mais do que ótima de linfócitos Tfh pode interferir na maturação da afinidade dos linfócitos B e na geração de células produtoras de anticorpos de alta afinidade.(25,28)

Uma pergunta básica importante para os estudos sobre vacinação e linfócitos cTfh é se o repertório de especificidades do receptor de linfócitos T (TCR) existentes em cTfh reflete, de fato, as especificidades dos TCR presentes em órgãos linfoides secundários. Um estudo recente sobre a expressão de TCR específico para influenza comprova o fato, indicando que os linfócitos cTfh presentes no sangue humano podem ajudar a esclarecer questões sobre a especificidade das respostas de linfócitos Tfh em tecidos linfoides.(8)

Finalmente, as pesquisas sobre linfócitos Tfh devem aprofundar nosso conhecimento básico das vias que regulam as funções de expansão e memória dos linfócitos B. Há muito interesse em linfócitos cTfh como marcadores de uma indução efetiva de memória em estudos sobre vacinação. Além disso, pode ser possível inibir a ativação danosa de linfócitos Tfh em algumas doenças, como as autoimunes, as alérgicas mediadas por IgE e o câncer.

AGRADECIMENTOS

Ao Dr. Ises de Almeida Abrahamsohn, pelas sugestões valiosas e pelo auxílio na redação deste artigo. Giovana Toledo Alonso recebeu uma bolsa de estudos da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Ministério da Educação do Brasil.


Articles from Einstein are provided here courtesy of Instituto de Ensino e Pesquisa Albert Einstein

RESOURCES