Advanced

Primary immunodeficiency in southern Sweden. Strategies for diagnosis and clinical management

Brodszki, Nicholas LU (2016) In Lund University, Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series 2016:24.
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Immunsystemet är ett invecklat och komplext system som finns överallt i kroppen och som inte är begränsat till ett enda organ. Vi utsätts hela tiden för ”angrepp” från mikro-organismer (t.ex. bakterier eller virus) men också för främmande ämnen som kan vara skadliga eller giftiga. Immunsystemets huvudfunktion är att hjälpa kroppen att känna igen dessa ”angripare” och att avvärja angreppet. Immunförsvaret har även andra funktioner, såsom upprätthållande av balansen mellan kroppens nya och skadade/döda celler och skydd mot uppkomsten av cancer. Immunförsvaret kan ha mindre positiva sidor också, som när det angriper de egna vävnaderna, såsom vid autoimmuna sjukdomar eller när det avstöter... (More)
Popular Abstract in Swedish

Immunsystemet är ett invecklat och komplext system som finns överallt i kroppen och som inte är begränsat till ett enda organ. Vi utsätts hela tiden för ”angrepp” från mikro-organismer (t.ex. bakterier eller virus) men också för främmande ämnen som kan vara skadliga eller giftiga. Immunsystemets huvudfunktion är att hjälpa kroppen att känna igen dessa ”angripare” och att avvärja angreppet. Immunförsvaret har även andra funktioner, såsom upprätthållande av balansen mellan kroppens nya och skadade/döda celler och skydd mot uppkomsten av cancer. Immunförsvaret kan ha mindre positiva sidor också, som när det angriper de egna vävnaderna, såsom vid autoimmuna sjukdomar eller när det avstöter transplanterade celler och organ.

Immunsystemet är ett samarbete mellan kroppens olika celler och proteiner. Varje enskild komponent har en viktig och specifik roll att spela i försvaret mot infektioner och andra främmande ämnen.

Immunsystemets viktigaste komponenter är de vita blodkropparna, antikropparna -både i blodet och på slemhinnorna - samt komplementproteinerna. Bland de vita blodkroppar som är särskilt betydelsefulla finns de så kallade fagocyterna (dvs. celler som äter upp mikroorganismerna, t.ex. neutrofila, monocyter eller makrofager) samt lymfocyter. Det finns flera olika sorters lymfocyter, såsom lymfocyter som dödar mikroorganismer (kallas också för cytotoxiska T-celler eller T-killer celler),

B-lymfocyter vars roll är att producera antikroppar och lymfocyter som ”hjälper” de ovannämnda cellerna och kallas just därför för hjälparceller (T-helper).

Antikroppar, eller immunglobuliner som de också kallas, kan oskadliggöra mikro-organismerna genom direkt åverkan eller genom att binda sig till mikroorganismerna och på så sätt signalera till immunförsvarets celler att det finns något att ta hand om. Antikropparna samarbetar också med komplementsystemets proteiner för att förstöra mikroorganismerna.

Komplementsystemet består av ett 40-tal proteiner som är beroende av varandra och som aktiveras efter varandra, som i en kedjereaktion. Det finns tre olika sätt att sätta igång komplementsystemet. Beroende på vilka initiala proteiner som aktiveras kallas kedjereaktionen för klassiska vägen, alternativa vägen och lektinvägen. Samtliga aktiveringar leder till bildandet av ett proteinkomplex (kallas för Membrane Attack Complex, MAC) som förstör den skadade cellen eller mikroorganismen som har aktiverat komplementsystemet (se bild på sidan 25).





Ett välfungerande immunförsvar ger individen förmågan att förgöra invaderande mikroorganismer, oavsett om de är bakterier, virus, svamp eller parasiter; begränsa spridningen av infektionen samt ge en chans till återhämtning och läkning. Hos friska människor identifierar och eliminerar immunsystemet för det mesta hoten utan att individen ens märker det. Ett dåligt fungerande immunförsvar klarar inte av sina uppgifter lika effektivt och resultatet blir ökad infektionskänslighet. Just ökad infektionskänslighet brukar vara det vanligaste kännetecknet som utmärker patienter med primär immunbrist (engelska PID).

Första gången en patient med primär immunbrist beskrevs var år 1952, och sedan dess har över 300 olika sjukdomstillstånd förknippade med immunbrist identifierats genetiskt och beskrivits. Trots det ökade intresset för och den ökade kunskapen om dessa sjukdomar förblir ett stort antal individer odiagnostiserade. En tidig upptäckt är mycket viktigt för patienten eftersom det finns effektiv behandling för många av sjukdomarna.

Y

Det övergripande syftet med detta doktorandprojekt var att få insikt i förekomsten av primär immunbrist i södra Sverige, för att kunna optimera diagnostik av immunbrist och undersöka effekten av nya behandlingsåtgärder för dessa patienter.

V



I den första artikeln beskrev vi en grupp av barn (0-18 år) med PID. Vi beräknade förekomst av PID i den pediatriska populationen (c:a 265000 barn) i Skåne under en period av 4 år. Barn som sökte för infektionskänslighet på någon av de fyra barnklinikerna i Skåne under dessa 4 år inkluderades i studien. Om de uppfyllde specifika kriterier utvärderades de enligt ett fördefinierat undersökningsschema och en förbestämd uppsättning blodprover togs för immunologiska analyser. I artikeln redogör vi för gruppens demografiska egenskaper, diagnoserna samt de kliniska och immunologiska fynden i denna patientgrupp. För att vara säkra på att vi inte missade någon patient med immunbrist, har vi dessutom tittat på resultaten av samma immunologiska analyser hos alla andra barn från Skåne, under samma tidsperiod.

Vi fann att i förekomst av noggrant definierade PID var ungefär fyra nya fall per år i denna population. Flera skilda immunbristdiagnoser hittades och vi hittade ett flertal patienter med avvikande provresultat vars relevans dock är oklart. Vi kunde dra slutsatsen att tillämpningen av de särskilda kriterierna för att identifiera PID-patienter var användbar. Inga patienter med immunbrist missades under dessa 4 år. Dessutom visade sig användningen av en fördefinierad uppsättning immunologiska laboratorie-analyser, tagna vid det första undersökningstillfället, vara fördelaktigt för tidig identifiering av immunbrist hos infektionskänsliga barn.

V



I den andra publikationen utvärderade vi effekten av vaccination mot meningokocker hos patienter med komplement C2-brist (C2D) och jämförde det med vaccinationssvaret hos friska personer.

Komplementproteinet C2 krävs för att både den klassiska vägen och lektinvägen ska kunna fungera. C2 brist är förknippad med autoimmuna sjukdomar, ökad mottaglighet för svåra infektioner orsakade av kapslade bakterier såsom meningokocker eller pneumokocker men även ökad risk för hjärt-kärl sjukdomar. Vaccination kan vara ett bra sätt att förbättra immunitet mot kapslade bakterier hos patienter med defekter i den klassiska vägen.

Vaccinationssvaret värderades genom bestämning av antikroppsnivåer i blodet mot de fyra meningokocksorterna (A, C, Y och W) som ingår i vaccinet. Vi undersökte även andra immunologiska faktorer som kan tänkas påverka vaccinsvaren.

I allmänhet gav vaccination mot meningokocker upphov till antikroppssvar hos

C2D-patienter som motsvarande svaret hos friska kontroller. Dock hade C2D patienter, med tidigare historia av svåra infektioner sämre vaccinationssvar, dvs. lägre antikroppsnivåer mot alla meningokocksorter som ingår i vaccinet. Patienter med en speciell anlagstyp som påverkar antikropparnas struktur och som betecknas G2M*n/G2M*n, hade generellt högre antikroppsnivåer efter vaccination. Vi fann också att C2D patienter producerade lägre antikroppsnivåer mot grupp A meningokocker.



V



I den tredje publikationen beskrev vi den första svenska patienten med ”purine nucleoside phosphorylase” (PNP) brist. Ytterligare nyhetsvärde var att patienten hade tidigare icke kända/beskrivna mutationer i PNP-genen.

PNP-brist leder till svår kombinerad immunbrist (SCID) och cirka två tredjedelar av patienterna får även neurologiska problem, så som utvecklingsförsening, svårigheter att koordinera frivilliga muskelrörelser, dålig muskeltonus mm.

Vi presenterade resultaten från stamcellstransplantationen (HSCT) som patienten genomgick i botande syfte och vi utvärderade transplantationens effekter på de neurologiska symtomen. Vi kunde konstatera att HSCT är botande för det immunologiska felet som orsakas av PNP-brist. Ur neurologisk synpunkt har patienten inte försämrats, tvärtom, han nådde nya åldersberoende utvecklingssteg. När vi sedan gick genom relevant litteratur i ämnet kunde vi konstatera att vårt fall stärker fynden i de tidigare publikationerna om att HSCT är en effektiv behandling även för att förhindra förvärring av neurologiska symptom hos patienter med PNP-brist.

V



I den fjärde publikationen presenterade vi en ny metod för behandling av SCID genom att framgångsrikt kombinera HSCT med en efterföljande ”donor lymphocyte infusion” (DLI). HSCT gjordes med modern som donor som senare donerade blod en gång till för att genomföra DLI.

Motivet till att genomföra DLI var behovet att förbättra patientens antivirala skydd, eftersom patienten nästan 3 månader efter HSCT inte hade blivit av med sina virusinfektioner.

Bland lymfocyter som transplanteras finns dels så kallade naiva T-lymfocyter, som inte har varit i kontakt med någon mikroorganism än, samt minnes-T-lymfocyter som är specialiserade och riktar sig mot specifika mikroorganismer som immunförsvaret redan har träffat på. Transplanterade naiva T-lymfocyter är viktiga att ha för kunna utveckla försvar mot nya mikroorganismer, samtidigt kan de orsaka ”graft-versus-host disease” (GvHD) dvs. de angriper mottagarens egna vävnader. Av denna anledning filtrerade vi bort naiva T-lymfocyter från andra transplantatet, samtidigt som vi behöll minnes-T-lymfocyterna för att förstärka patientens immunförsvar mot virusinfektioner.

Några veckor efter DLI var patienten infektionsfri och de transplanterade stamcellerna etablerade sig. Patienten utvecklade ingen GvHD och har numera ett välfungerande och fullt normal immunförsvar. (Less)
Abstract
The overall aim of this PhD project was to gain insight into the incidence of primary immunodeficiency (PID) in southern Sweden and to optimize diagnostic and treatment measures for these patients.

We estimated the occurrence rate of PID in the pediatric population of southern Sweden during a period of 4 years and described the demographic, clinical and immunological characteristics of the identified cases. The occurrence rate of PID was about four new cases per year in this population. Several different PID diagnoses were found, and the application of specified criteria to identify PID patients was useful. In children who are prone to infection, the use of a predefined set of immunological laboratory analyses at their first... (More)
The overall aim of this PhD project was to gain insight into the incidence of primary immunodeficiency (PID) in southern Sweden and to optimize diagnostic and treatment measures for these patients.

We estimated the occurrence rate of PID in the pediatric population of southern Sweden during a period of 4 years and described the demographic, clinical and immunological characteristics of the identified cases. The occurrence rate of PID was about four new cases per year in this population. Several different PID diagnoses were found, and the application of specified criteria to identify PID patients was useful. In children who are prone to infection, the use of a predefined set of immunological laboratory analyses at their first examination was beneficial for early identification of patients with primary immunodeficiency.

Complement C2 deficiency (C2D) is associated with immunological diseases and increased susceptibility to invasive infections caused by encapsulated bacteria such as Neisseria (N.) meningitidis. We evaluated the immunogenicity of vaccination against N. meningitidis in C2D patients and healthy controls who received a tetravalent meningococcal vaccine. Response was measured by determining serum bactericidal antibody (SBA) titers against the four meningococcal serogroups A, C, Y and W included in the vaccine. We also investigated other immunological factors that could influence the vaccine responses. In general, vaccination against meningococci gave rise to antibody responses in the C2D patients that equal those of healthy controls. The response rate was lower to serogroup A and among C2D patients with history of invasive infections. The presence of G2M*n/G2M*n genotype was associated with higher SBA titers after immunization. None of the other tested immunological factors influenced the vaccination responses.

We described the first Swedish patient with purine nucleoside phosphorylase (PNP) deficiency with novel mutations in the PNP gene. We presented also the results of the hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) and evaluated the impact of HSCT on the neurological symptoms. We could conclude that HSCT is curative for the immunological defect caused by PNP deficiency and our case strengthens earlier reports that HSCT is effective as a treatment even for neurological symptoms in PNP deficiency.

We presented a novel approach of treating SCID by successfully combining a haploidentical HSCT with a subsequent donor lymphocyte infusion (DLI). No acute or chronic graft-versus-host disease (GvHD) was observed after any of the procedures. The HSCT graft was selectively depleted of potentially GvHD-inducing α/β T-cells while the DLI graft was enriched for memory T-cells for enhanced anti-viral immunity. HSCT engraftment was rapid with complete donor chimerism and after DLI the T-cell levels normalized and all infections were cleared. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Professor Ochs, Hans, University of Washington, Seattle, USA
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Immune system, Lymphocytes, T-cell, B-cell, Antibodies, Complement system, Epidemiological study, Primary immunodeficiency, Severe combined immunodeficiency, Hematopoietic stem cell transplantation
in
Lund University, Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
volume
2016:24
pages
148 pages
publisher
Paediatrics, Faculty of Medicine, Lund University
defense location
Belfragesalen, Klinikgatan 32, BMC D15, Lund.
defense date
2016-03-17 13:00
ISSN
1652-8220
ISBN
978-91-7619-250-4
language
English
LU publication?
yes
id
51430e66-5a18-435a-91a7-df4fce5f4a77 (old id 8625929)
date added to LUP
2016-02-15 07:54:33
date last changed
2016-09-19 08:44:48
@phdthesis{51430e66-5a18-435a-91a7-df4fce5f4a77,
  abstract     = {The overall aim of this PhD project was to gain insight into the incidence of primary immunodeficiency (PID) in southern Sweden and to optimize diagnostic and treatment measures for these patients.<br/><br>
We estimated the occurrence rate of PID in the pediatric population of southern Sweden during a period of 4 years and described the demographic, clinical and immunological characteristics of the identified cases. The occurrence rate of PID was about four new cases per year in this population. Several different PID diagnoses were found, and the application of specified criteria to identify PID patients was useful. In children who are prone to infection, the use of a predefined set of immunological laboratory analyses at their first examination was beneficial for early identification of patients with primary immunodeficiency.<br/><br>
Complement C2 deficiency (C2D) is associated with immunological diseases and increased susceptibility to invasive infections caused by encapsulated bacteria such as Neisseria (N.) meningitidis. We evaluated the immunogenicity of vaccination against N. meningitidis in C2D patients and healthy controls who received a tetravalent meningococcal vaccine. Response was measured by determining serum bactericidal antibody (SBA) titers against the four meningococcal serogroups A, C, Y and W included in the vaccine. We also investigated other immunological factors that could influence the vaccine responses. In general, vaccination against meningococci gave rise to antibody responses in the C2D patients that equal those of healthy controls. The response rate was lower to serogroup A and among C2D patients with history of invasive infections. The presence of G2M*n/G2M*n genotype was associated with higher SBA titers after immunization. None of the other tested immunological factors influenced the vaccination responses. <br/><br>
We described the first Swedish patient with purine nucleoside phosphorylase (PNP) deficiency with novel mutations in the PNP gene. We presented also the results of the hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) and evaluated the impact of HSCT on the neurological symptoms. We could conclude that HSCT is curative for the immunological defect caused by PNP deficiency and our case strengthens earlier reports that HSCT is effective as a treatment even for neurological symptoms in PNP deficiency.<br/><br>
We presented a novel approach of treating SCID by successfully combining a haploidentical HSCT with a subsequent donor lymphocyte infusion (DLI). No acute or chronic graft-versus-host disease (GvHD) was observed after any of the procedures. The HSCT graft was selectively depleted of potentially GvHD-inducing α/β T-cells while the DLI graft was enriched for memory T-cells for enhanced anti-viral immunity. HSCT engraftment was rapid with complete donor chimerism and after DLI the T-cell levels normalized and all infections were cleared.},
  author       = {Brodszki, Nicholas},
  isbn         = {978-91-7619-250-4},
  issn         = {1652-8220},
  keyword      = {Immune system,Lymphocytes,T-cell,B-cell,Antibodies,Complement system,Epidemiological study,Primary immunodeficiency,Severe combined immunodeficiency,Hematopoietic stem cell transplantation},
  language     = {eng},
  pages        = {148},
  publisher    = {Paediatrics, Faculty of Medicine, Lund University},
  school       = {Lund University},
  series       = {Lund University, Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series},
  title        = {Primary immunodeficiency in southern Sweden. Strategies for diagnosis and clinical management},
  volume       = {2016:24},
  year         = {2016},
}