Medfødte immundefekter Klinik, undersøgelse og behandling Foredrag i Immundefektforeningen 30. Juni 2011

Overlæge, dr. med Carsten Schade Larsen Infektionsmedicinsk Afdeling Q Aarhus Universitets hospital, Skejby

Immundefekt ambulatoriet Antistofmangel Brutons agammglobulinæmi, CVID, IgG2-subklasse defekt, IgA-mangel Komplement –defekter MBL-mangel, C2-mangel Idiopatisk CD4-mangel Fagocyt-defekter Kronisk granulomatøs sygdom (CGD) Hyper IgE Syndrom (HIES) Hyper IgM Syndrom Stat-1 defekt Ataxia Teleangiectasia (AT) Good Syndrom McCusicks Syndrom (hair-cartilage syndrome)

Karakteristika ved immunsystemet Gør organismen i stand til at: Genkende og eliminere indtrængende patogener Skelner selv fra non-selv Beskytter mod re-infektion Immunrespons Undgå immunpatologi Immunologisk hukommelse

Immunsystemet Innate (uspecifikke) immunsystem Tilstede ved fødslen Reagerer hurtigt Reagerer ens hver gang Ingen hukommelse Adaptive (specifikke) immunsystem Tillært Reagerer langsomt Reagerer kraftigere ved reeksposition Hukommelse

Uspecifikke og specifikke immunitet Innate Hurtigt respons Begrænset specificitet genomisk kodede receptorer Adaptivt Tidsmæssigt forsinket respons Høj specificitet Rearrangeret antigen-specifikke receptorer Immunologisk hukommelse Rakoff-Nahoum & Medzhitov. Nat Rev Cancer. (2009). 9:57.

Innat immunitet: forpost og link til adaptiv immunitet Hours Days Later Innate response Adaptive response Virus Site of infection Lymph node Murray. Medical Microbiology. 6th edition. 2009.

Genkendelse af patogener i historisk perspektiv 1908: Metchnikoff (1845-1916). Grundlæggeren af innat immunitet. Fandt at mikrobielle molekyler kan rekruttere celler med fagocyterende evner 1989: Janeway (1943-2003). Postulerede eksistensen af signalerende pattern recognition receptorer (Cold Spring Harb Symp Quant Biol.54:1). 1996: Lemaitre and Hoffmann. Drosophila afhængighed af Toll-genet til at bekæmpe Aspergillus infektioner (Cell 86:973). 1997: Medzhitov and Janeway (1943-2003). Identifikation af et humant gen benævnt Toll-like receptor (TLR), som aktiverer innat og adaptiv immunitet (Nature. 388:394).

Pattern recognition, et nyt paradigme Pathogen-associated molecular pattern (PAMP) Invariante indenfor klasser af patogener, essentielle for overlevelse af patogenet, og forskelligt fra ”selv” (Janeway, 1989) Pattern recognition receptor (PRR) Receptorer for PAMPs Genkender invaderende mikroorganismer og sender besked til værten om tilstedeværelse af infektion

Klasser af pattern recognition receptorer TLR: Toll-like receptor RLR: RIG-like receptor NLR: NOD-like receptor Mogensen. Clin Microbiol Rev (2009). 22: 240.

Genkendelse af PAMPs fra forskellige klasser af mikrobielle patogener Mogensen. Clin Microbiol Rev (2009). 22: 240.

Principper i Toll-like receptor signalering Mogensen. Clin Microbiol Rev (2009). 22: 240.

Genkendelse af intracellulært RNA Mogensen. Clin Microbiol Rev (2009).22:240

Genkendelse af intracellulært DNA Goubau et al. Nat.Immunol. 2010.

Negativ regulation af det innate immunrespons Endogene mekanismer til at begrænse størrelsen og varigheden af det innate immunrespons Mikrobiel immun evasion For at overleve i værten Mogensen. Clin Microbiol Rev (2009). 22: 240.

Adaptive Immunsystem Specifikke forsvarsmekanismer B-lymfocytter National Cancer Institute Understanding Cancer and Related Topics Understanding the Immune System Adaptive Immunsystem Specifikke forsvarsmekanismer B-lymfocytter Antistoffer T-lymfocytter T-hjælper lymfocytter (CD4+) Cytotoksiske T-lymfocytter (CTL) (CD8+) NCI Web site: http://cancer.gov/cancertopics/understandingcancer

Klinisk præsentation Immune Funktion Genetisk Information

Immundefekter - klinik Infektioner Recidiverende infektioner Atypiske patogener Autoimmune sygdomme Allergiske sygdomme Maligne sygdomme lymfomer

Primære Immundefekter Antallet af kendte Primære Immundefekter overstiger 200 Ann Allergy Asthma Immunol 2005; 94 (5 suppl 1): S1-S63

Sekundære immundefekter Infektioner HIV/AIDS Immunsuppressiv behandling Cancer kemoterapi Organtransplanterede Autoimmune sygdomme Kronisk inflammatorisk tarmsygdom Maligne sygdomme Mb. Hodgkins CLL Myelomatose Solide tumorer Autoimmune sygdomme SLE Arthritis rheumatoides Kroniske sygdomme Diabetes mellitus Nyreinsufficiens Cirrhosis hepatis Miljøpåvirkning Giftige kemikalier Stråling Andet Aspleni Graviditet Stress Alder

”Advarselstegn” for primær immundefekt hos voksne Er der et eller flere af følgende advarselstegn tilstede, bør der overvejes udredning for primær immundefekt > 2 antibiotikakrævende luftvejsinfektioner pr. år, eksempelvis otitis, sinuitis, bronkitis eller pneumoni. Infektioner som ikke responderer på antibiotisk behandling. Invasiv infektion som osteomyelitis, meningitis, sepsis eller organabscess Kendt primær immundefekt i familien.

GM-ve T-celler Tuberkulose PCP Virus Giardia Fungus S. aureus S. Pneumoniae H. Influenzae N. meningitidis Giardia Fungus S. aureus B-celler & komplement Fagocytter

Karakteristiske sygdomme hos immundefekte Defekter lokaliseret til Klinisk manifestation Alle lymfocytter T-lymfocytter B-lymfocytter NK-celler Fagocytter Komplement: kaskadens første del Komplement: kaskadens sidste del Svære infektioner Infektioner, især virus, svampe, gram-negative bakterier Infektioner, især bakterier Visse virusinfektioner Autoimmune sygdomme, type III Infektioner, særlig meningokokker

Forslag til screening Leucocyt- og differentialtælling IgG, IgM, IgA IgG subklasser: IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 Dokumentation af infektionshyppighed Evt. infektionsdagbog

Behandling af immundefekter Behandle infektioner Antibiotisk behandling Forebygge infektioner Undgå unødig kontakt med smittekilder Antibiotikaprofylakse Vaccinationer Korrigere/behandle immundefekt Knoglemarvstransplantation (KMT) Stamcelletransplantation (SCT) Genterapi – indføre et ”rask” gen i kroppen Enzymerstatning – ex ADA-mangel Substitutionsbehandling med Immunglobulin Cytokinbehandling – g-interferon, IL-2 Neutrofil stimulation – GM-CSF, G-CSF Antiretroviralbehandling

Humorale immundefekter

Immunglobulin klasser IgM IgG IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 IgA IgE IgD

Lancet 2009; 372; 489

Figure 1 Normal B cell development is shown in the upper half of the figure (a). In the lower half of the figure (b), the genes identified in abnormalities of antibody production and the clinical syndromes they produce are listed at the point in the developmental pathway where the genetic mutation is thought to result in the clinical phenotype. Pre-BCR, pre-B cell receptor (consisting of two immunoglobulin heavy chains and two surrogate light chains); Ig, immunoglobulin; BLNK, B cell linker protein; BTK, Bruton's tyrosine kinase; AID, activation-induced cytidine deaminase; UNG, uracil-N-glycosylase; HIGM4, hyper-IgM syndrome type 4 (unidentified genetic defect); ICOS, inducible co-stimulator; TACI, transmembrane activator and CAML activator; CD19, cluster of differentiation 19; AR, autosomal recessive; ARH, autosomal recessive hypogammaglobulinaemia; XLA, X-linked agammaglobulinaemia; Ig-CSR, immunoglobulin class-switch recombination deficiencies; CVID, common variable immunodeficiency

Antistofmangel (hypogammaglobulinæmi) Brutons (X-bundet) agammaglobulinæmi Autosomal recessiv agammaglobulinæmi Hyper-IgM syndrome Common Variable Immunodeficiency (CVID) IgA-mangel IgG subklasse Defekt (IgG2) Specifik Antistofdefekt Transient Hypogammaglobulinemia of Infancy (THI)

62-årig mand, som har et flyttefirma. Blev i 2007 nefrektomeret p.g.a. cancer renis dxt. Fik ingen efterfølgende kemoterapi eller strålebehandling og er erklæret rask. Har gennem 6-7 år været generet af recidiverende pneumonier. Det seneste år behandlet med antibiotika 6 gange og senest indlagt med pneumoni primo december 2009. Der er en enkelt gang påvist Moraxella catharalis. Rygeophør for 12 år siden. Nylig udredt med rtg.-thorax, CT-thorax+abdomen+bækken samt knoglemarvsbiopsi. Hvad så?

L+D: normal IgG = 1,3 g/l (6,1-14,9 g/l) IgM < 0,08 g/l (0,39-2,08 g/l) IgA < 0,08 g/l (0,80-4,90 g/l) Hvad er diagnosen?

Antistofmangel (hypogammaglobulinæmi) Brutons (X-bundet) agammaglobulinæmi Autosomal recessiv agammaglobulinæmi Hyper-IgM syndrome Common Variable Immunodeficiency (CVID) IgA-mangel IgG subklasse Defekt (IgG2) Specifik Antistofdefekt Transient Hypogammaglobulinemia of Infancy (THI)

Common Variable Immunodeficiency 30 % af primære immundefekter Incidens 1:50.000-200.000 Lav IgG og lav IgA og/eller IgM Dårlig eller ingen respons på vaccination Recidiverende luftvejsinfektioner

CVID

Common Variable Immunodeficiency Clinical Immunology 2007; 124; 294

Clinical Immunology 1999; 92; 34-48 CVID debutalder Clinical Immunology 1999; 92; 34-48

Lancet 2009; 372; 489

Clinical Immunology 1999; 92; 34-48 CVID klinik Clinical Immunology 1999; 92; 34-48

26-årig kvinde, der som barn havde recidiverende mellemørebetændelser og blev behandlet for flere lungebetændelser. 1988: Tonsillektomeret pga.recidiverende tonsillit 1992 + 1999: Indlagt med bylder i halsen. Som voksen generet af recidiverende sinuitis. Siden barnealderen været generet af abdominalsmerter og vekslende afføringer. Udredt gastroenterologisk på både Regionshopitalet Silkeborg og Århus Sygehus. Hun arbejder som pædagog, men har 3-4 sygedage om måneden. L+D normal IgG = 14,6 g/l; IgM = 0,54 g/l; IgA < 0,08 g/l IgG-subklasser normale HIV-negativ, CD4-tal normalt MBL normalt Responderer på pneumokokvaccination Hvad så?

Behandling Substitutionsbehandling med immunglobulin Subkutant 2-3 ugtl. på pumpe (hjemmebehandling) Intravenøst hver 4.uge Dosis 0.4 g/kg hver 4 uge, max. 0.8 g/kg Mål total IgG > 5-8 g/l Antibiotisk behandling Behandling af aktiv infektion Profylaktisk

Clinical immunology 2010; 137; 21-30

Udredning for immundefekt? 37-årig mand indlagt i 2007 og igen i 2010 med svær pneumokoksepsis. Begge gange behandlet på intensivafdeling! Udredning for immundefekt?

Komplementdefekter Who cares? Aktiveringsveje: Mediatorer: Klassisk (C1q, Ab) Membrane attack complex Alternativ (properdin) Proinflammatoriske molekyler Lektin (MBL) Opsonisering Kemotaksi

Komplementdefekter C1-C8, MBL: recidiverende bakterielle infektioner C4B, C5-C8, properdin: Neisseria meningitidis infektioner MBL: spiller kun rolle i kombination med IgG defekter ”Disease modifying polymorphisms”

Komplementdefekter C1q, C3, C4: SLE (defekt clearance af apoptotiske celler) C1 inhibitor: hereditært angioødem (bradykinin) Faktor I og H, properdin: atypisk HUS, glomerulonephritis

Hvad så med MBL-mangel?

NEJM 2000; 343; 1703 -1713

Kronisk granulomatøs sygdom (CGD) Incidens 1:250.000 NEJM 2000; 343; 1703 -1713

Kronisk granulomatøs sygdom (CGD) Klinik Infektion med katalase+ bakterier (S. aureus, Serratia marcescens, Burkholderia cephacia, Nocardia, gram-negativr tarmbakterier) og svampe (Aspergillus fumigatus og Aspergillus nidulans). Suppurerende abscesdannelse i lymfeknuder, lunger, lever og andre indre organer Tendens til at udvikle et Mb. Crohn-lignende billede i colon med granulomdannelse, strikturer og perianal fisteldannelse Recidiverende bakterie- og svampeinfektioner i hud og slimhinder Osteomyelitis Kronisk gingivitis

Kronisk granulomatøs sygdom (CGD) Udredning NBT (nitroblåt tetrazolium) – test Flowcytometri (dihydro-rhodamine,DHR) Undersøgelse af superoxid-ion produktion Genetisk diagnostik

Kronisk granulomatøs sygdom (CGD) Behandling Behandling af infektioner Profylaktisk behandling med sulfotrim og itraconazol Behandling med interferon-g subkutant x 3 ugtl. Knoglemarvstransplantation kan komme på tale Genterapi er forsøgt enkelte steder, men resultaterne har hidtil været utilfredsstillende

Udredning for immundefekt? 16-årig pige indlagt på mistanke om knogletumor i corpus femoris. Biopsi uden malignitetssusicio og der dyrkes atypiske mykobakterier. Udredning for immundefekt? HIV-negativ, normalt CD4-tal, men mutation i STAT1

Genetiske defekter der disponerer til mykobakterielle infektioner Identificerede gener med mutationer: STAT1, IRF8, gp91phox, NEMO, IFN-gR, IL-12R, Tyk2, ISG15 Resultat: Nedsat produktion eller respons på IL-12 / IFN-g signalering

Genetiske defekter der disponerer til mykobakterielle og virale infektioner 2 patienter identificeret på verdensplan (!) Tyk2 defekt Nedsat respons på IL-12, IFN-a, IL-10 Klinisk dissemineret BCG infektion, brucella/salmonella og VZV

Kronisk Mukokutan Candidiasis (CMC)

Fungal Cell Wall Composition Glucans b-1,3 or b-1,6- branched polymers of D-glucose Mannans Polymers of mannose Chitins Linear polymers of N-acetyl-D-glucosamine Pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) recognized by pattern recognition receptors (PRRs) such as Toll-like-receptors (TLR ) and the C-type lectin family (CTL)

Kronisk mucokutan candidiasis Heterogent billede, der ses som led i Hyper IgE syndrom (AD-HIES) (Job) (Stat3-mutation) (defekt produktion af IL-21/22 og Th17 respons) CARD9 (Caspase Recruiment Domain-containing protein 9) (manglende differentiering af TH17 subset) Dectin defekt (manglende differentiering af TH17 subset) Three adult siblings with onychomycosis and vulvovaginal candidiasis homozygous for Y238X. Common polymorphism - 7 % in European population. APECED/AIRE (defekt destruktion af auto-reaktive T celler i thymus, produktion af auto-antistoffer mod IL17 og IL-22) APECED = autoimmune polyendocrinopathy candidiasis ectodermal dystrophy APS-I = autoimmune polyendocrinopathy type I syndrome) AIRE gene = AutoImmune Regulator gene MSMD (IL-12R mutation) (nedsat produktion af IL-23 og Th17 respons) (HIV, SCID, steroid, SLE) Resulterer alle (direkte eller indirekte) i insufficient TH17 respons Behandlingsmuligheder med human IL-17?

APECED og immun-dysregulation Autoimmun polyendokrinopati, candidiasis, ektodermal dysplasi (APECED) Kriterier (2 ud af 3) 1) kronisk mukokutan candidiasis 2) hypoparathyroidisme 3) autoimmun binyrebarkinsufficiens Mutation i transkriptionsfaktoren AIRE Manglende præsentation af selv antigener i medullære thymus epithel celler Autoreaktive T celler undergår ikke destruktion Resulterer i manglende central toleranceudvikling

IPEX syndromer med defekt i regulatoriske T celler Immunedysregulation polyendocrinopathy enteropathy X-linked (IPEX) Syndrom karakteriseret ved Autoimmun endokrinopati Hyperallergi/dermatitis Enteropati Mutation i transkriptionsfaktoren Foxp3 Medfører defekt i regulatoriske T celler (CD4+CD25+Foxp3+Tregs) Resulterer i non-funktionelle Tregs, som spiller en central rolle i immunologisk homeostase og tolerance

Herpes simplex encephalit og genetisk defekt i type I Interferon produktionen i CNS Defekt IFN-a respons under HSV-1 infektion Normal IFN-a produktion i epithelceller og hæmatopoietiske celler i hud og slimhinder Specifik IFN-a defekt i neuroner og oligodendrocytter Ansvarlig for mindst 25% herpes encephalit hos børn ”Inborn errors of immunity”

Herpes simplex encephalit og genetisk defekt i type I Interferon produktionen i CNS Identificerede mutationer: TLR3 Unc93 TRAF3 TRIF TBK1

Herpes simplex encephalit og genetisk defekt i type I Interferon produktionen i CNS Resterende spørgsmål: Findes der flere mutationer, der nedsætter IFN-a produktionen som disponerer til herpes encephalit hos børn? Hvordan ser det ud hos voksne? Rolle ved HSV meningitis, herunder Mollaret meningit (HSV-2)

Recidiverende purulente infektioner hos børn forårsaget af defekt TLR signalering Sygdomsbillede: Recidiverende purulente infektioner hos børn, hyppigst < 5 år Meningitis Sepsis Sinuitis Pneumoni Hyppigste patogener: S. pneumoniae P. aeruginosa S. aureus 25/61 patienter døde i barnealderen af bakterielle infektioner

Recidiverende purulente infektioner hos børn forårsaget af defekt TLR signalering Implikationer: Vaccination (pneumococcer, H. influenzae, meningococcer) Antibiotikaprofylakse? En immundefekt der bedres med alderen efterhånden som adaptiv immunitet tager over? andre forklaringer?

Recidiverende purulente infektioner hos børn forårsaget af defekt TLR signalering Identificerede mutationer: MyD88 IRAK4 Resultat: Defekt TLR og IL-1 signalering, medførende nedsat inflammatorisk respons

Bustamante et al; Curr. Opin. Immunol. 2008

Periodiske febersyndromer, oversigt

Periodiske febersyndromer Symptomer fra: Hud Led Øjne Recidiverende feberperioder af varierende varighed

Molekylære mekanismer ved periodiske febersyndromer

Tak for opmærksomheden