Transcript Defecten in de cellulaire immuniteit en NTM infecties

Defecten in de cellulaire immuniteit
en
NTM infecties
Esther van de Vosse
20 Juni 2014
Disclosure belangen spreker
(potentiele) belangenverstrengeling:
geen
Mycobacteriën
M. simiae
M. chelonae
M. avium
M. xenopi
M. abscessus
M. kansasii
M. szulgai
M. malmoense
M. bovis BCG
niet-tuberculeuze mycobacteriën (NTM)
‘atypische’ / ‘omgevings’ mycobacteriën
‘niet-pathogene’ NTMs
M. Tuberculosis culture (picture: CDC)
M. tuberculosis
complex
‘pathogene’ NTMs
Ziehl-Neelsen stain (picture: CDC)
pathogeniciteit
M. Leprae courtesy of J. Krahenbuhl
> 150 soorten mycobacteriën, classificatie:
- snelle vs langzame groeiers (< 7 of >7 dagen om een kolonie te vormen)
- wel of niet ontwikkelen van pigment in licht / donker
- pathogeniciteit
TEM image (picture: CDC)
mycobacteriële infecties
Tuberculose
Lepra
NTM infecties
=>
lymfadenitis in kinderen
•
huid na allerlei procedures
•
weke delen na operatie of letsel
•
secundaire immuundeficiëntie (HIV, medicatie)
•
primaire immuundeficiëntie (PID)
NTM in tatoeage (foto: CDC)
NTM na pedicure (Sniezek et al 2003)
NTM lymfadenitis (Penn et al 2011)
NTM lymfadenitis in kinderen
2 jaar prospectieve surveillance studie door kinderartsen in NL
•
n=61 kinderen
•
mediane leeftijd: 2.6 jaar (0.5-12.6 jaar)
•
cervicofaciale locatie in 87%
•
abces in 47%, fistel in 21%
•
M. avium in ~70%
•
77 cases per 100.000 kinderen
•
allen gezond, behalve:
NTM lymfadenitis
1 met HIV en 1 met immuunsuppressiva
•
zelf-helend*
Haverkamp et al Clin Infect Dis 2004
Lindeboom et al Clin Infect Dis 2007
Haverkamp et al Int J Pediatr Otolaryng 2010
Penn et al Int J Pediatr Otolaryng 2011
NTM lymfadenitis (Lindeboom et al 2011)
mycobacteriële infecties
Tuberculose
Lepra
NTM infecties
•
lymfadenitis in kinderen
•
huid na allerlei procedures
•
weke delen na operatie of letsel
•
secundaire immuundeficiëntie (HIV, medicatie)
=>
primaire immuundeficiëntie (PID)
NTM in tatoeage (foto: CDC)
NTM na pedicure (Sniezek et al 2003)
NTM lymfadenitis (Penn et al 2011)
NTM infecties bij defect cellulaire immuniteit
Mendelian Susceptibility to Mycobacterial Disease (MSMD)
• extreme vatbaarheid voor laag-pathogene
mycobacteriële (en salmonella) infecties
*
• ernstige, terugkerende infecties, vaak gedissemineerd
• HIV, CGD uitgesloten
mutaties in genen voor: eiwitten in type 1 cytokine pathway
M. avium
multifocal osteomyelitis
whole body scintigraph
* = injection site
M. avium
M. Bovis BCG
type 1 cytokine pathway
Adapted from: van de Vosse et al Lancet Infect Dis 2009
Mutaties in IL-12p40, IL-12Rȕ1, IFN-ȖR1, IFN-ȖR2 en STAT1
mycobacterium doden / inperken
fagocyt
ATP
PAMP
PRR
P2X7 receptor
+
IFN-Ȗ
CA2+
phospholipase D
acidification
fagosoom
bacteria
+
iNOS
+
autophagy
+
RNH2
O2 -
NOÚ
IRGM
H2O2
TNF
PAMP
+
PRR
IFN-Ȗ
NADPH oxidase
O2
LL-37
O2-, H2O2
inactive vitD
VDR
+
CYP27B1+
active vitD
boodschap: veel verschillende antimicrobiële mechanismen
normale granuloom vorming
IL-23
IL-12
IFN-Ȗ
macrofaag
ontsnappende
mycobacteriën
Th1/NK cel
mycobacteriën
macrofaag
infectie
gefuseerde
macrofagen
rekruteren cellen
granuloom
~9 weken
macrofaag
CD4+ T cel
CD8+ T cel
Langhans reuzencel
NK T cel
Ȗį T cel
fibroblast
granulomen in BCG infectie
MSMD patiënt & M.bovis BCG
geen granuloom vorming
normale granuloom vorming
M. bovis BCG infectie
H & E staining
Lammas et al 2002
MSMD: verstoorde granuloom vorming
IL-23
IL-12
IFN-Ȗ
macrofaag
Th1/NK cel
ontsnappende
mycobacteriën
mycobacteriën
macrofaag
infectie
geïnfecteerde
macrofagen fuseren
niet (allemaal)
signaal faalt =>
rekruteren cellen faalt
er worden geen (goede) granulomen gevormd=>
mycobacteriën niet onder controle of gedood
sterke correlatie tussen granuloom vorming en ernst ziekte/prognose
ernstige NTM en Salmonella infecties
P1
vrouw op 22-jarige leeftijd:
• gewichtsverlies
• algehele malaise en subfebriele temperatuur
• hoog ESR, anemie en hypergammaglobulinemie
• lymfadenopathie en hepatosplenomegalie
in het verleden
• normale kinderziekten en vaccinaties
• 3 jaar: persisterende S. paratyphi infectie met lymfadenopathie en
abdominale abcessen
• tonsillectomie
analyse
• kweek lymfklier, beenmerg, feces: M. avium
• uitgesloten: HIV, CGD, (SCID)
behandeling
• 18 maanden antibiotica: rifabutin, claritromycine en ethambutol
de Jong et al 1998
ernstige NTM en Salmonella infecties
Persisterende mediastinale massa => maligniteit? hodgkin lymfoom?
lymfklier
mediastinum
P1
ernstige NTM en Salmonella infecties
400
200
200
0
0
IL-12 IL-18 IL-23
medium
400
controle
patiënte
relatife cel aantal
controle
medium
IFN-Ȗ (ng/mL)
P1
Negatieve controle
IL-12Rȕ1
IL-12Rȕ2
IL-12 IL-18 IL-23
relatieve fluorescentie
• geen respons op IL-12 en IL-23
• geen IL-12Rȕ1 expressie op de membraan
IL12RB1 mRNA: 94C>T => protein: Q32X (glutamine wordt STOP)
32 aa
629 aa
638 aa
IL-12Rȕ1
IL-23R
862 aa
relatief cel aantal
patiënte
IL-12Rȕ1
IL-12Rȕ2
638 aa
relatieve fluorescentie
IL-12Rȕ1
IL-12Rȕ2
meest voorkomende MSMD mutatie
F30
F30
dochter, leeftijd 29:
z pijn in heupgewricht
z subfebriele temperatuur
z lymfadenopathie
z hoog ESR, anemie
z
F30
*
bot scan: meerdere ‘hot spots’
biopsie: granulomateuze infectie
kweek: M. avium
M. avium
multifocale osteomyelitis
whole body scintigraph
* = injection site
diagnose:
multifocale osteomyelitis en lymfadenitis
veroorzaakt door M. avium
MRI wervelkolom
MRI-sternum
Arend et al 2001
meest voorkomende MSMD mutatie
moeder, geboren 1940:
z ‘Lupus vulgaris’ (?) ’64, ’78, ’88, ‘98
z in jeugd: BCG vaccinatie zonder problemen
z
huid en lymfklier biopsie => M. asiaticum
meest voorkomende MSMD mutatie
~ 25% van alle MSMD patiënten dezelfde heterozygote IFN-ȖR1 mutatie
controle
ratio 7.8
normaal IFN-ȖR complex
IFN-ȖR1
100
101
102
103
104
IFN-ȖR1
819_822del
IFN-ȖR2
patiënt
ratio 59.7
frameshift
IFN-ȖR complex met 4 nt deletie
stop
IFN-ȖR1
100
101
18000
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
102
103
104
recycling domein
signaal transductie
IL-12p40
0 IFN-Ȗ
250 pg/ml IFN-Ȗ
• dominant-negatief effect => partieel defect
2500 pg/ml IFN-Ȗ
0 LPS 100 LPS
patiënt
0 LPS
100 LPS
controle
• vaak osteomyelitis in deze patiënten
(vrijwel nooit in andere MSMD defecten)
F30
meest voorkomende MSMD mutatie
Dominant negatief IFN-ȖR1 defect
F6
F9
F30
Multifocale osteomyelitis, vooral M.avium en M.bovis BCG
Arend et al 2001
patiënt met compleet IFN-ȖR1 defect
ascites
IL-12p40 (pg/ml)
abscess
M. scrofulaceum
controle
+(0Ȗ
+(0Ȗ
+(0Ȗ
.25
PION
patiënt
.25
PION
patiënt met compleet IFN-ȖR1 defect
Patiënt: jongeman, sinds zijn 3e jaar NTM infecties:
M. gordonae, M. peregrinum, M. mageritense (2x), M. avium, M. szulgai,
ook: erysipelas, 2x waterpokken, voetwratten, pleuritis, arthritis, gordelroos
P51
control
IFN-ȖR1
IFNGR1
wild-type
del exon 3
mRNA
patiënt
IFN-ȖR1
489 aa
73 aa
IFNGR1 mRNA: 373+1G>T => skip exon 3 => frameshift & STOP
IFN-ȖR1
Noordzij et al, J Clin Immunol 2007
NTM infecties en overleving van MSMD patiënten
100
100
75
75
50
50
25
25
0
0
0
10
20
30
0
10
20
30
leeftijd (jaren)
recessief compleet IFNGR1
dominant partieel IFNGR1
compleet IL12RB1
IL12B
Beaucoudrey et al, Medicine 2010
Dorman et al, Lancet, 2004
Prando et al, Medicine 2013
MSMD patiënten
ernstige, moeilijk te behandelen, gedissemineerde mycobacteriële infecties
eiwit
soort defect
overerving
n
eerste infectie
belangrijkste infecties
& notes
IL-12p40
compleet
AR
52
1 j (1m – 7.6 j)
M. bovis BCG
Salmonella
IL-5ȕ
compleet
(/ partieel)
AR
~200
2.4 j (2 wk-32 j)
M. bovis BCG, M.
avium, Salmonella
ook: Candida
IFN-ȖR1*
compleet /
partieel
AR of AD
~120
3.1 j (AR)
13.4 j (AD)
M. avium
M. bovis BCG
ook: virale infecties
IFN-ȖR2*
compleet /
partieel
AR
18
<3j
M. avium
M. bovis BCG
ook: virale infecties
STAT1*
compleet /
partieel
AR
11
<1 j
Virale infecties
M. bovis BCG
partieel,
LOF^
AD
13
1-16j
M. bovis BCG
M. avium
* Bij partiële defecten ook vaak osteomyelitis
^ Note: AD GOF mutaties in STAT1: ander ziektebeeld (CMC)
MSMD patiënten krijgen zelden TB
n=141 patiënten met compleet defect IL-12Rȕ1
60% BCG
40% Salmonella
16% NTM
6% TB
de Beaucoudrey et al 2010
‘MSMD variant’ in TB-endemisch gebied
IFN-J(pg/ml)
Controle
14000
auto-antibodies tegen IFN-Ȗ in Aziaten
late onset (~50 j) gedissemineerde NTM
sterk geassocieerd met HLA-type
IL-12p40 (pg/ml)
•
•
•
12000
0
10000
250
8000
2500
6000
4000
2000
0
0
0.1
1
10
100
LPS (ng/ml)
Patient
IL-12p40 (pg/ml)
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
0
1= gedissemineerde NTM
2= gedissemineerde opportunist + NTM
3= gedissemineerde TB
0.1
1
10
LPS (ng/ml)
4= long TB
5= controles
100
TB lijkt geen bedreiging in mensen met auto-antibodies tegen IFN-Ȗ
=> M. tuberculose controle onafhankelijk van type 1 cytokine pathway?
Browne et al NEJM 2012
Chi et al, Blood 2013
P237
paradox: BCG is pathogeen maar ook protectief
IL-5ȕdefecten
100
IFN-ȖR1 defecten (DN)
BCG-osis na BCG
(n=84)
75
BCG-osis na BCG
(n=4)
BCG zonder ziekte
(n=24)
50
BCG zonder ziekte
(n=11)
geen BCG vaccin
(n=21)
25
geen BCG vaccin
(n=16)
0
0
10
n=129 patiënten
20
30 0
leeftijd (jaren)
20
40
60
n=31 patiënten
Dorman et al, Lancet, 2004
de Beaucoudrey et al, Medicine 2010
MSMD behandeling
• overlijden ”10 jaar:
20 % van compleet IL-5ȕ-/30 % van compleet IL-12p40-/30 % van compleet IFN-ȖR1-/40 % van compleet IFN-ȖR2-/100 % van compleet STAT1 -/-
• behandeling
:
langdurige behandeling met combinaties van antibiotica
sommige hebben baat bij recombinant IFN-Ȗ
stam cel transplantatie (voor complete defecten)
ontwikkelen nieuwe therapeutische opties
acknowledgements
Afd Infectieziekten, LUMC:
Els Verhard
Annelies van Wengen
Roel de Paus
Margje Haverkamp
Tom Ottenhoff
Sandra Arend
Esther van de Vosse
Jaap T. van Dissel
[email protected]
Taco Kuijpers, Merlijn van den Berg, AMC
Michiel van der Flier, Adilia Warris, UMCN
Joris van Montfrans, UMCU
Liesbeth Scholvinck, UMCG
Annelies Verbon, Hannelore Bax, EMC
Nico Hartwig, EMC
Stephan Ehl, CCI Freiburg, Duitsland
Serkan Filiz, Akdeniz University, Turkije
Sara Sebnem Kilic, Uludag University, Turkije
Ozden Sanal, Hacettepe University, Turkije
Esmaeil Mortaz, Teheran, Iran
e.a.
behandeling IFN-ȖR deficiëntie met IFN-Į
Twee artikelen:
1) Ward et al 2007:
Adjunctive treatment of disseminated Mycobacterium avium complex infection with interferon
alpha-2b in a patient with complete IFN-ȖR1 deficiency
M. avium
IFNGR1 683delC => frameshift & premature stop
therapie: rIFN-Į 2B + 3 IV en 3 orale antibiotica + IVIG
uitkomst: mycobacteremie niet verminderd, patiënt stabiel
2) Rapkiewicz et al 2007:
Hepatoportal venopathy due to disseminated Mycobacterium avium complex infection in a child
with IFN-ȖR2 deficiency
M. fortuitum, M.avium, HSV1 infectie
IFNGR2 278-279delAG => frameshift & premature stop
therapie: rIFN-Į 2B + GM-CSF => rIFN-Į 2B => IFN-Ȗ => rIFN-Į 2B
uitkomst: ………patiënt overleden
rationale IFN-Į behandeling
IFN-Į
IFN-Ȗ
IFN-Į
IFN-Ȗ
IFN-ĮR1
IFN-ĮR2
IFN-ȖR2
P
P
IFN-ȖR1
P
P or
JAK1
TYK2
P P
STAT2
P P
P P
STAT1 homodimer
nucleus
JAK2
ook?
vooral
STAT1
gentranscriptie
PP
gentranscriptie
PP
IFN-Į therapie bij IFN-ȖR1 deficiëntie?
IL-12p70
p<0.001
p<0.001.
n.s.
120000
IL-23 pg/ml
100
p<0.005
p<0.005
p<0.001
p<0.02
125
IL-12p70 pg/ml
75
50
25
0
100000
nd nd nd nd
0
0
IFN-Į
80000
60000
IL-12p70 pg/ml
125
40000
100
M. smegmatis infectie
H-89
500 IFN-Ȗ +
IFN-Į
50 IFN-Ȗ +
IFN-Į
IFN-Į
500 IFN-Ȗ
0
50 IFN-Ȗ
20000
75
50
25
0
nd nd nd nd nd nd nd nd
0
0
IFN-Į
700
600
500
400
300
200
100
0
IFN-Į
+ IFN-Ȗ
IL-23 pg/ml
140000
--
Bacteriele uitgroei (RLU)
n.s
.
p<0.001
IL-23
IFN-Į
+ IFN-Ȗ
Geen killing effect IFN-Į op mycobacterie
700
600
500
400
300
200
100
0
p<0.01
p<0.05
0
IFN-Į
0
IFN-Į
+ IFN-Ȗ
p<0.05
0
IFN-Į
0
IFN-Į
+ IFN-Ȗ
Infecties in MSMD patienten
gen
eiwit
soort defect
overerving
n
belangrijkste infecties
& notes
IL12B
IL-12p40
compleet/ partieel
AR
52
M. bovis BCG
Salmonella
IL12RB1
IL-5ȕ
compleet/ (partieel)
AR
~200
M. bovis BCG, M. avium
Salmonella
IFNGR1
IFN-ȖR1
compleet/partieel
AR
~50
M. avium
M. bovis BCG
partieel
AD
~70
M. avium
M. bovis BCG
IFNGR2
IFN-ȖR2
compleet/partieel
AR
18
M. avium
M. bovis BCG
STAT1
STAT1
compleet/partieel
AR
11
virus
M. bovis BCG
partieel, LOF
AD
13
M. bovis BCG
M. avium
IKBKG
NEMO
hypomorf
X-linked
>100
diverse infecties (>90%)
mycobacteriën (44%)
ectodermale dysplasie
CYBB
p91phox
partieel
X-linked
2F
mycobacteriën (‘CGD
alleen in MDMs’)
TYK2
TYK2
compleet
AR
2
ook diverse andere
infecties & HIES
IRF8
IRF8
partieel
AR/AD
2
mycobacteriën
ISG15
ISG15
compleet
AR
2
milde NTM infecties
MSMD voorbeeld: NEMO
IKBKG nul mutaties
vrouw => incontinentia pigmenti (IP)
man => embryonaal lethaal
IKBKG mildere mutaties
aa verandering of stop distaal in eiwit (>387aa/419)
vrouw=> geen (or mild) fenotype
man => ‘NEMO’
IP, Image: DermAtlas
IP, Image: DermAtlas
NEMO = NFțB essential modulator, rol in signaaltransductie:
T-cel receptors, B-cell receptors, IL-1R, IL-18R,
TNF receptor familie, meeste PRRs, ectodysplasin receptor
NEMO patiënten:
ernstige immuundeficiëntie: mycobacteriën (M. avium),
S. pneumoniae, H. influenza, gist, viraal
+/- ectodermal dysplasie (weinig/puntige tanden, weinig haar)
+/- anhydrotic/hypohidrotic (niet kunnen zweten)
minder dan dan 1/50 zijn meisjes
NEMO, Image: Sanedentist
NEMO, Mancini et al 2008
MSMD voorbeeld: NEMO
Patiente: meisje, 3.5 jaar oud
typische ‘NEMO’ kenmerken: tanden
diverse (ernstige) infecties
PRR
bacteria
TNF
IL-12p40
IFN-Ȗ
whole blood stimulated overnight:
IL-12p40 production
20000
TNF production
25000
0 ng/ml LPS
1 ng/ml LPS
10 ng/ml LPS
100 ng/ml LPS
16000
macrophage
20000
12000
15000
8000
10000
4000
5000
• geen response op LPS
0
0
medium
+IFN-Ȗ
medium
control
medium
+IFN-Ȗ
+IFN-Ȗ
medium
control
patient
+IFN-Ȗ
patient
Immunologisch profiel past bij NEMO defect
IKBKG mRNA: 547C>T => eiwit: Gln183X mutatie
niet-random X inactivatie: skewed in ‘verkeerde richting’
P243
patiënt met IFN-ȖR2 defect
Patiënt:
jongen in Turkije, 2 jaar oud, ouders zijn bloedverwanten
gedissemineerde M. bovis BCG sinds hij 2 mnd is
11 mnd oud zusje stierf aan gedissemineerde M.bovis BCG infectie
2000
gezonde broer
2000
IFN-Ȗ 0 pg/ml
IFN-Ȗ 250 pg/ml
IFN-Ȗ 2500 pg/ml
1000
1000
0
0.1
10000
0
1
LPS (ng/ml)
0.1
6000
4000
LPS (ng/ml)
IFN-ȖR2
P213
IFN-ȖR1
IFN-ȖR complex
4000
0
0.1
1
LPS (ng/ml)
3DWL­QW
IFN-ȖR1
Patiënt
G227R
6000
0.1
1
LPS (ng/ml)
&RQWUROH
IFNGR2 mRNA: 679G>A => eiwit: G227R
8000
0
0
• geen respons op IFN-Ȗ
• normale IFN-ȖR1 expressie op membraan
• IFNGR1 sequentie normaal
gezonde broer
2000
0
1
12000
10000
8000
2000
0
0
patiënt
12000
TNF in pg/ml
3000
TNF in pg/ml
patiënt
3000
IL-12p40 in pg/ml
IL12p40 (pg/ml)
volbloed stimulatie:
IFN-ȖR1
Broer (&moeder & vader)
MSMD voorbeeld: IL-12Rȕ1 defect
patiënt:
meisje, ouders zijn bloedverwanten
M. bovis BCG infectie als 4-jarige
S. enteritidis als 12-jarige => sindsdien fecaal draagster (>14 jr)
patiënt
IL-12Rȕ1
IL-12Rȕ2
IFN-Ȗ productie (pg/ml)
medium
16000
isotype
aCD3/CD28
14000
40 pg IL-12
12000
200 pg IL-12
10000
8000
1000 pg IL-12
6000
IL-18
4000
IL-18 + 40 pg IL-12
2000
moeder
aCD3/CD28
IL-12Rȕ1
IL-12Rȕ2
IL-18 + 200 pg IL-12
0
patient
IL-18 + 1000 pg IL-12
control
• geen respons op IL-12, geen synergie IL-12/IL-18
• geen IL-12Rȕ1 expressie op membraan
isotype
gezonde broer
IL-12Rȕ1
IL12RB1 RNA homozygous 518G>C => eiwit: R173P
R173P in CBR
629 aa
IL-23R
638 aa
IL-12Rȕ1
R173P in CBR
862 aa
IL-12Rȕ2
IL-12Rȕ2
638 aa
isotype
IL-12Rȕ1
P44
van de Vosse et al 2009
meest voorkomende MSMD mutatie
F30
Mycobacterial lymphadenitis
Mycobacterial
osteitis