CHILDREN'SRESEARCH CENTER (CRC)

Immunologie – ein Update

Jana Pachlopnik Schmid Leitende Ärztin Immunologie Kinderspital Zürich

Alterszentrum Hottingen Zürich, 11.1.2018

Primäre Immundefekte sind selten und vielfältig!

•  Prävalenz 1:1000 bis 1:10’000•  Diagnostische Latenz: ~ 4-5 Jahre•  > 300 verschiedene Krankheiten

Primäre Immundefekte

Viren Bakterien Pilze

Normale Funktion: Ineffizienz oder Dysregulation:

Körpereigene Zellen -  infizierte Zellen -  maligne Zellen

Infektanfälligkeit

Immundysregulation

Anfälligkeit gegenüber Malignomen

Verteilung der primären Immundefekte

( )

Primäre Immundefekte mit Infektanfälligkeit

1.  ≥ 2 schwere Sinusitiden / 1 Jahr 2.  ≥ 2 Pneumonien / 1 Jahr 3.  ≥ 8 eitrige Mittelohrentzündungen / 1 Jahr 4.  ≥ 2 systemische bakterielle Infektionen

www.immundefekte.ch

Infektanfälligkeit = ?

1.  ≥ 2 schwere Sinusitiden / 1 Jahr 2.  ≥ 2 Pneumonien / 1 Jahr 3.  ≥ 8 eitrige Mittelohrentzündungen / 1 Jahr 4.  ≥ 2 systemische bakterielle Infektionen 5.  Komplikationen durch Lebendimpfungen 6.  Unklare chronische Hautrötung beim Säugling 7.  Opportunistische Infektion (Pneumozystis) 8.  Pilzbefall der Munschleimhaut oder anderer Hautpartien > 1 LJ

www.immundefekte.ch

Infektanfälligkeit = ?

1.  ≥ 2 schwere Sinusitiden / 1 Jahr 2.  ≥ 2 Pneumonien / 1 Jahr 3.  ≥ 8 eitrige Mittelohrentzündungen / 1 Jahr 4.  ≥ 2 systemische bakterielle Infektionen 5.  Komplikationen durch Lebendimpfungen 6.  Unklare chronische Hautrötung beim Säugling 7.  Opportunistische Infektion (Pneumozystis) 8.  Pilzbefall der Munschleimhaut oder anderer Hautpartien > 1 LJ 9.  Gedeihstörung 10.  Einnahme von Antibiotika ≥ 2 Monate ohne Besserung 11.  Wiederholt tiefe Abszesse 12.  Primärer Immundefekt bei Familienangehörigen

www.immundefekte.ch

Infektanfälligkeit = ?

B Zell Defekte

T Zell Defekte

Phagozyten-Defekte

Primäre Immundefekte

Viren Bakterien Pilze

Normale Funktion: Ineffizienz oder Dysregulation:

Körpereigene Zellen -  infizierte Zellen -  maligne Zellen

Infektanfälligkeit

Immundysregulation

Anfälligkeit gegenüber Malignomen

Verteilung der primären Immundefekte

( )

Primäre Immundefekte mit Immundysregulation

Immundysregulation bei primären Immundefekten -  Retrospektive Analyse von 2183 Patienten mit PID -  Eine oder mehrere autoimmune oder inflammatorische

Komplikationen bei 26%

Fischer et al. JACI 2017

Leitsymptome Immundysregulation

Granulome septische Granulomatose, CVID,...

Autoimmunität Autoimmunzytopenien, Endokrinopathien, z.B. bei ALPS, zellulären und humoralen Immundefekten

Rezidivierendes Fieber Periodische Fiebersyndrome, zyklische Neutropenie, hämophagoztische Lymphohistiozytose

Ekzematöse Hauterkrankungen Ekzeme bis Erythrodermie

Lymphoproliferation (Chronische) Darmentzündung

Immundysregulation bei primären Immundefekten

Fischer et al. JACI 2017

Immundysregulation bei primären Immundefekten - T-Zelldefekte

- CID - HLH - ALPS / ALPS-like

- der angeborenen Immunität - Komplementdefekte - Phagozytendefekte - Autoinflammations-Syndrome

T-Zelldefekt Auswirkungen Schwere Kombinierte Immundefekte mit Entwicklungs-Stopp der T-Zellen

Fehlen der T-Zellen

Omenn Syndrom Vielfalt der T-Zellen↓

Kombinierte Immundefekte mit Funktionsstörung

T-Zellzahl normal oder vermindert

ev. + Autoimmunerkrankungen

Schwerer Kombinierter Immundefekt (SCID)

Kombinierter Immundefekt (CID)

Infekte Immundysregulation

SCID: <<300 autologe T-Zellen/ul <10 % der normalen Proliferation auf Mitogenstimulation fehlende naïve T-Zellen

Puck JM et al. JACI 2012

normal range

Schwerer kombinierter Immundefekt Severe combined immunodeficiency (SCID): -  Hohe Infektanfälligkeit: Bakterien, Viren, Pilze -  Gedeihstörung -  ev. maternales T-Zell Engraftment

SCID vs CID

Pachlopnik Schmid J, Güngör T, Seger R, PIA 2014

age (in months)

Definition CID ESID, April 2017

Definition CVID „working definition for patients without genetic diagnosis“, ESID, April 2017

Kombinierter Immundefekt (CID) a) Hypomorphe Form eines SCID

HSC Lymphozyten Vorläufer

CD4

B Zelle

NK Zelle

ILC

Thymus

TCRγδ CD8

NKT

SCID

CID

T-Zelle

TCR

Ag

MHC b) Funktioneller T-Zell Defekt

Flowzytometrie

CD4

CD3 CD45

CD8

CD3 CD45

Myeloid (-) Reticular dysgenesis

B (-) NK (-) ADA deficiency

NK (+) Rag 1,2 deficiency

T (-) V(D)J recombination deficiency

NK (-) γc deficiency

B(+) JAK 3 deficiency

NK (+) Schweres DiGeorge Syndrom

Retikuläre Dysgenesie

ADA/PNP Defekt

RAG1/2 Defekt

ARTEMIS Defekt

γc Defekt

JAK III Defekt

Komplettes DiGeorge

SCID Formen

IL7Rα

6 LM: Hospitalisiert bei Fieber, AZê, Tachykardie, Systolikum

Case Report: Alessia

Panzytopenie: Hämolytische Anämie, Coombs + Neutropenie (autoimmun) Thrombopenie (autoimmun) VSD

Myeloid (-) Reticular dysgenesis

B (-) NK (-) ADA deficiency

NK (+) Rag 1,2 deficiency

T (-) V(D)J recombination deficiency

NK (-) γc deficiency

B(+) JAK 3 deficiency

NK (+) Schweres DiGeorge Syndrom

Retikuläre Dysgenesie

ADA/PNP Defekt

RAG1/2 Defekt

ARTEMIS Defekt

γc Defekt

JAK III Defekt

Komplettes DiGeorge

SCID Formen

IL7Rα

DiGeorge-Syndrom Abnorme Entwicklung Kiemenbogen, Schlundtaschen und Kiemenbogengefässe

Breiter Phänotyp! Herzfehler (conotruncale Defekte), Gesichtsdysmorphien, ORL-Anomalien, Hypoparathyreoidismus, Entwicklungsverzögerungen/psychiatrische Auffälligkeiten, Hypoplastischer/aplastischer Thymus mit Immundefekt,

AIRE

AIRE

Thymus

Anti- microbe

beim Di George Syndrom: - Anzahl naiver T-Zellen ↓

T-Zellreifung im Thymus + Polyklonale Expansion

-  Oligoklonale Expansion der T-Zellen

Periphere Toleranz

CD

4 TCR

Ag MHC

Antigen präsentierende Zelle

CD4+ T Lymphozyt

Suppression durch regulatorische T Zellen: - IL-10 - direkter Zell-Zellkontakt

Regulatorische T Zelle

Verminderte Anzahl regulatorischer T-Zellen bei Patienten mit DiGeorge Syndrom

weiteres Fallbeispiel T-Zell Immundysregulation..

Im Alter von 2½ Monaten: -  Krampfereignis-  Liquor, EEG und MRI: normale Befunde

9 Tage später: -  Fieber-  Hepato- und Splenomegalie -  Panzytopenie -  Ferritin ↑, Fibrinogen ↓

1.5 x109/l Neutrophile

3.4 x109/l Lymphozyten

13 x109/l Tc 7.9 g/dl Hb

5.2 x109/l Lc

Blutbild

Patient: Emilio

Diagnose:Hämophagozytose-Syndrom

1. Fieber

2. Splenomegalie

3. Zytopenien (2/3): Hämoglobin <9.0 g/dl, Neutrophile <1000 Z/ul, Thrombozyten <100 x 109/l4. Ferritin ≥500 ug/l

5. Fibrinogen ≤1.5 g/l

HLH 2004 (Henter et al., Pediatr. Blood Cancer, 2007)

= 5/8 Kriterien

6.

7.

8.

Diagnose:Hämophagozytose-Syndrom

1. Fieber

2. Splenomegalie

3. Zytopenien (2/3): Hämoglobin <9.0 g/dl, Neutrophile <1000 Z/ul, Thrombozyten <100 x 109/l4. Ferritin ≥500 ug/l

5. Fibrinogen ≤1.5 g/l oder Triglyceride ≥3.0 mmol/l

6. Löslicher IL-2 Rezeptor ≥2400 U/ml

7. Zell Zytotoxizität ↓

HLH 2004 (Henter et al., Pediatr. Blood Cancer, 2007)

= 5/8 Kriterien

8. Hämophagozytose

6.

7.

8.

Hämophagozytose

Hämo = BlutPhago = verzehrenCytos = Zelle

§  Aktivierung von Makrophagen (Fresszellen)

§  Krankheit mit vermehrter Entzündung§  Aktivierung von Makrophagen§  Vermehrung und Aktivierung von zytotoxischen Zellen

Hämophagozytose-Syndrom

Hämophagozytose-Syndrom: betroffene Organe

ZNS: Meningitis / EnzephalitisLeber: Hepatomegalie, Dysfunktion: Ikterus, GerinnungsstörungKnochenmark: Bizytopenie oder Panzytopenie

Milz: Splenomegalie

J. Pachlopnik Schmid et al. Blood 2009

Patient T.C. Patient N.S.Schädel-MRI

Primäre Sekundäre /Erworbene

Hämophagozytose-assoziierte Krankheiten

-  Familiäre Hämophagozytäre Lymphohistiozytose

- Griscelli Syndrom 2

- Chediak-Higashi Syndrom

- Purtilo /XLP1 XLP2

-  Metabolische Krankheiten

RheumatischeAuto-immuneAuto-inflammatorische

KrankheitenMedikamente

LymphomLangerhanszell- Histiozytose

Infektion

Zytotoxischer Lymphozyt

Zytotox.Granula

Zytotoxizität

Zielzelle

Zytotoxische Maschinerie

Pachlopnik Schmid & de Saint Basile, Klin Paed, 2010

Perforin:

Aktiv.Signal

Degranulationstestung

NKT-Zellzahl, SAP und XIAP Expression SH2D1A und XIAP Seq.

Degranulation NK (und T)

Perforin-Expression

Haare mit Silberglanz oder Riesengranula der Leukozyten im Blutbild

Patient EBV+

Metabolische Erkrankung / sekundäre HLH?

- +

Patient

-

+ -

-

+ -

-

-

+

+

FHL2

+

FHL3 FHL4

Griscelli Syndrom

Chediak- Higashi

FHL5

normal

Verdacht auf hereditäres Hämophagozytose Syndrom: Abklärungsschema

Purtilo Syndrom

(XLP1, XLP2)

Haarschaftanalyse Pigmentaggregate

Pathophysiologie der HLH

Pachlopnik Schmid et al. Klin Paed, 2010

Aktivierung von Makrophagen, Hämophagozytose, Vermehrung der zytotoxischen T Zellen und Infiltration von Geweben

Therapie der Hämophagozytose

Behandlung / Beseitigung des Triggers

Bei erworbenen Formen:Kortikosteroide + Cyclosporin oft ausreichend

Bei angeborenen Formen:1. Ziel: Remission

- Kortikosteroide + Cyclosporin + Etoposid- Kortikosteroide + Cyclosporin + Anti-Thymozyten Globulin - Kortikosteroide + Cyclosporin + anti-CD52 Antikörper

2. Hämatopoietische Stammzell-Transplantation

Klinische Studien:-  anti-Interferon gamma Antikörper-  Ruxolitinib

Emilio

4 Tage nach Fieberbeginn:Start mit Therapieprotokoll

- Kortikosteroide + Cyclosporin + Etoposid

Knochenmarktransplantation (KMT) im Alter von 5 Monaten-  keine Entzündungsaktivität zum Zeitpunkt der Transplantation-  12/12 HLA-identer nicht verwandter Spender

1½ Jahre nach KMT:-  neurologisch unauffällig-  Spenderanteil: 100%-  keine Medikamente

ABER: -  20% Mortalität vor KMT-  5-Jahres Überlebensrate: 60%

Primäre Immundefekte

Viren Bakterien Pilze

Normale Funktion: Ineffizienz oder Dysregulation:

Körpereigene Zellen -  infizierte Zellen -  maligne Zellen

Infektanfälligkeit

Immundysregulation

Anfälligkeit gegenüber Malignomen

Fallbeispiel: Malignom

19 j. -  Lymphom (13 j.)

34 j. -  Hämophagozytose Syndrom (3 j.) -  Hypogammaglobulinämie (26 j.) -  Lymphom (34 j.)

10 j. -  Hypogammaglobulinämie (4 j.)

Purtilo Syndrom Typ 1: SAP Mutation Klinik: HLH, Hypogammaglobulinämie, Lymphome

Typ1 Typ2

Hämophagozytose Syndrom bei Pfeiffer’schem Drüsenfieber: 92 % 83 %Fatales Hämophagozytose-Syndrom: 61 % 23 %

Pachlopnik Schmid et al. Blood 2011

Purtilo SyndromTyp 1Typ 2

Übe

rlebe

nsra

te

Alter (Jahre)

Immundysregulation bei primären Immundefekten - T-Zelldefekte

- CID - HLH - ALPS / ALPS-like

- der angeborenen Immunität - Komplementdefekte - Phagozytendefekte - Autoinflammations-Syndrome

Fallbeispiel: Klara mit chronischer Splenomegalie

2 Jahre: Splenomegalie 8 Jahre: Erysipel linke Tibia mit Panniculitis Thrombozytopenie (min. 77 G/l) Leukopenie (min. 1.1 G/l) Splenomegalie

Differentialdiagnose Lymphadenopathie

Breite DD

–  Infektionen (CMV, EBV, HIV, Tuberkulose, ...)

– Malignome (M. Hodgkin, Non-Hodgkin-Lymphoma, ALL)

–  Seltene Urachen (Vaskulitis, rheumatologische Erkrankungen, metabolische Erkrankungen ...)

Lymphadenopathien bei Immundefekten

•  CVID (common variable immune deficiency) •  Hyper IgM Syndrom (AID-Defekt)

•  Omenn Syndrom („leaky SCID“) •  Hämophagozytose-Syndrom (Purtilo) •  ALPS

•  Mendelian Susceptibility to Mycobacteria •  Mevalonatkinasemangel („Hyper-IgD Syndrom“)

Familienanamnese: Vater mit •  submandibulärer/zervikaler

Lymphadenopathie im Kindesalter

CD8 CD4

Durchflusszytometrie der Lymphozyten: – Doppelt negative T Zellen: 7% (CD3+/TCRαβ+/CD4-CD8- T Zellen; Ref. < 2.5% of CD3+ T Zellen)

Immunologische Zusatzuntersuchung

CD3 TCRαβ CD3 TCRγδ

= doppelt negative T Zellen

Activation induced cell death

Fas / FasL / Casp.8/10

ALPS: Defekt der Apoptose

CD

4 TCR

Ag MHC

Antigen präsentierende Zelle

CD4+ T Lymphozyt

ALPS Autoimmune Lymphoproliferative Syndrome

Mechanismus der Autoimmunität: Load an sterbenden Zellen ist erhöht ->ungenügende Clearance + vermehrte Cross-präsentation

NRAS KRAS

Cytokine withdrawal

ALPS Kriterien Obligat

–  Nicht-maligne, chronische Lymphoproliferation (> 6 Monate; Lymphadenopathie und/oder Splenomegalie)

–  Erhöhte doppelt negative T Zellen

Oliveria et al., Blood, 2010

Zusatzkriterien - primär

–  Defiziente Lymphozyten Apoptose (2 separate Assays)

–  Mutation (FAS, FASL, CASP10, (KRAS, NRAS) ) - sekundär

–  Erhöhte Spiegel von sFASL, IL-10, VitB12 ooder IL-18 –  Typische Histologie –  Autoimmune Zytopenie und erhöhtes IgG (polyklonale

Hypergammaglobulinämie) –  Positive FA

ALPS: Erhöhtes Malignomrisiko

–  Lymphome –  Leukämien –  Solide Tumoren (Thyroidea, Leber CA, Mamma CA)

ALPS: Therapie / Management

–  Steroide bei Autoimmun-Zytopenie –  Sirolimus

–  Surveillance?

Immundysregulation bei primären Immundefekten - T-Zelldefekte

- CID - HLH - ALPS / ALPS-like

- der angeborenen Immunität - Komplementdefekte - Phagozytendefekte - Autoinflammations-Syndrome

Complement defects

C1

SLE/Glomerulonephritis

Infections by encapsulated bacteria

C4

C2

C3

C5 – C9

Labordiagnostik primärer Immundefekte: meist mehrere Etappen 1. - Anamnese und Status

- Blutbild mit Leukozytendifferenzierung - Immunglobulin-Spiegel, Albumin

2.  - Flowzytometrische Analyse der Lymphozyten, ev. Proliferationstests

- ev. Phagozyten Funktionstests - ev. Komplementanalyse

3. Je nach Klinik:

- im Blutbild: Frage nach Riesengranula? Tc-Grösse? - erweiterte Flowzytometrie (Oberflächenantigene / intrazelluläre Antigene) - Enzyme, Zytokine - Impfung mit Neoantigen, um Ak-Produktion zu testen

4. Gensequenzierung, Genepanels

Exome sequencing

Filtering•  synonymous/non-synonymousmutation

•  blacklist:commonSNPs(frequentpopulationvariants)

•  whitelist:knowndiseasecausinggenes

•  Geneontologytherm•  predictedimpactonproteinstructure/function

•  zygocity

Take home message

Immundefekte auch ohne / wenig Infektanfälligkeit als Initialsymptom häufig kombiniertes Auftreten Dran denken bei: Granulomen

Autoimmunität

Rezidivierendem Fieber

Ekzematösen Hauterkrankungen

Lymphoproliferation (Chronischer) Darmentzündung

Pathomechanismus Immundysregulation Zytotoxizitätsdefekte à HLH mit Lymphoproliferation, Organomegalien und Zytopenien Apoptosedefekte à ALPS Defekte des Inflammasoms à periodische Fiebersyndrome Defekte der zentralen Toleranzentwicklung im Thymus à Autoimmunität Defekte der peripheren Toleranzentwicklung à chronisch entzündliche Darmerkrankungen, Granulome, Ekzeme