مواضيع المحاضرة:
background image

Unit 1 - Immunology

 

 

 

44 

Lecture 4+5+6 - Immunodeficiencies 

 

  Definition 

  It is a condition in which the immune system is failed to 

protect the host from disease-causing agents or from 
malignant cells. 

  Immunodeficiency disease results from the absence or 

failure of normal function of one or more elements of the 
immune system.  

  The immunodeficiencies should be suspected in every 

patient, irrespective of age, who has recurrent, persistent, 
sever or unusual infections.  
 

  Classification 

A.  Primary immunodeficiency: a condition results from a 

genetic or developmental defect in immune system 
(intrinsic defect). In such a condition, the defect is present 
at birth although it may manifest itself later in life. 

B.  Secondary immunodeficiency or (acquired 

immunodeficiency): is the loss of immune function and 
results from exposure to various agents (disease or therapy). 
The most common one is acquired immune-deficiency 
syndrome or AIDS, which results from infection with the 
human immunodeficiency virus 1 (HIV-1).  
 

1) Primary immunodeficiency 

  Primary immunodeficiencies may affect either adaptive or 

innate immune functions.  

  Specific immunodeficiency diseases involve 

abnormalities of T or B cells, the cells of the adaptive 
immune system.  

  Non-specific immunodeficiency diseases involve 

abnormalities of elements such as complement proteins or 
phagocytes, which act non-specifically in immunity..  

  Immunodeficiency diseases cause increased susceptibility 

to infection in patients. The infections encountered in 
immunodeficient patients fall into two categories: 

  Patients with defects in immunoglobulins, complement 

proteins or phagocytes are very susceptible to recurrent 
infections with encapsulated bacteria such as 
Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae and 
Staphylococcus aureus. These are called pyogenic 
infections, because the bacteria give rise to pus formation.  

  On the other hand, patients with defects in cell-

mediated immunity, in T cells, are susceptible to 
overwhelming, even lethal; infections with opportunistic 
microorganisms include yeast and common viruses such 
as chickenpox.  

Defects in the lymphoid Lineage 

A. Primary B-cell deficiencies include: 

Patients with common defects in B-cell function have 
recurrent pyogenic infections such as pneumonia, otitis 
media and sinusitis 

 

1)  X- Linked Agammaglobulinemia (XLA) early 

B- cell maturation fails 

  Affected males have few or no B cells in their blood or 

lymphoid tissue;  their lymph nodes are very small and 
their tonsils are absent. Their serum usually contains no 
IgA, IgM, IgD or IgE, and only small amounts of IgG 
(less than 1 md/dl). Infants for the first 6 – 12 months of 
life are protected from infection by the maternal IgG. As 
this supply of IgG is exhausted, affected male develop 
recurrent pyogenic infections. 

 

 

The gene that is defective in X-LA is a B-cell cytoplasmic 
tyrosine kinase (btk) belonging to the src oncogene family. 
It encoded B- cell signal transduction molecule called 
Burton’s tyrosin kinase is obviously vital for the process of 
B-cell maturation. Bone marrow of males with X-LA 
contains normal numbers of pre-B cells but, as a result of 
mutations in the btk gene, they cannot mature to B cells. 
Treatment by periodic Intravenous  administration of Igs  

 

 


background image

Unit 1 - Immunology

 

 

 

45 

2)  X- Linked Hyper IgM Syndrome (XHM) 

  In XHIgM the B cells cannot make the switch from IgM 

to IgG, IgA and IgE synthesis that normally occurs in B-
cell maturation.   

  As a result, patients have decreased levels of serum IgG 

and IgA and elevated levels of IgM some times as high as 
10 mg/ml (normal Igm concentration is 1.5 mg/ ml).  

  It results from a variety of genetic defects that affect the 

interaction between T-lymphocytes and B-lymphocytes. 

  It is inherited as an X- linked recessive disorder.  

  In normal B cells, this switch to IgE is induced by two 

factors: 
  IL-4 must bind to the B-cell receptor for IL-4, and  
  The CD40 molecule on the B-cell surface must bind to 

the CD40 ligand on activated T cells.  

  70% is due to defect  in the gene encoding the CD40 

ligand (CD40L) on the membrane of TH cells  

  Children in first two years suffer recurrent infections, 

especially respiratory infections caused by opportunistic 
pathogens.  

  Treatment by administration of intravenous Ig.  

 

 

 

3)  Common variable immunodeficiency (CVID) 

  There are defect in T cell signaling to B cells. 

  Individuals with CVID have acquired 

agammaglobulinaemia in the second or third decade of 
life, or later. Both males and females are equally affected 
and the cause is generally not known, but may follow 
infection with viruses such as Epstein – Barr virus (EBV). 
Patients with CVID, like males with X-LA, are very 
susceptible to pyogenic organisms. 

  Most patients (80%) with CVID have B cells that do not 

function properly and are immature. The B cells are not 
defective; instead, they fail to receive proper signals from 
the T cells.  

  Patients with CVID should be treated with intravenous 

gammaglobulin. 
 

4)  Selective IgA deficiency 

 

B.  Primary T-cell deficiencies include: 

 

1)  Severe Combined Immunodeficiency (SCID): 

  Infants with SCID have very few lymphocytes in their 

blood (fewer than 3000/ml). Their lymphoid tissue also 
contains few or no lymphocytes. The thymus has a fetal 
appearance.  

  Patients with no T cells, or poor T-cell function, are 

susceptible to opportunistic infections. Since B-cell 
function in humans is largely T-cell dependent, T-cell 
deficiency also results in humoral immunodeficiency.  

  The infants have prolonged diarrhea due to rotavirus or 

bacterial infection of the GIT, and develop pneumonia 
usually due to protozoal infection.  

  The common yeast organism Candida albicans  grows in 

the mouth or on the skin of the patients with SCID.  

  If the patients with SCID are vaccinated with live 

organisms such as poliovirus or BCG  they die from 
progressive infection with these organisms 


background image

Unit 1 - Immunology

 

 

 

46 

 

 

1.  Over 50% of cases are caused by a gene defect on the X 

chromosome. SCID is more common in males than 
females infants (3:1) 
  Genetic defect in γ-chain of the IL-2R also shard 

receptors for other cytokines IL-4, 7, 11, and 15. 

2.  The remaining cases of SCID are due to recessive genes 

on other chromosomes of these, half have a genetic 
deficiency of adenosine deaminase (ADA) or purine 
nucleoside phosphorylase (PNP), resulting in the 
accumulation of metabolites that are toxic to lymphoid 
stem cells. These metabolites inhibit the enzyme 
ribonucleotide reductase, which is required for DNA 
synthesis and for all replication. 

3.  Other autosomal recessive form of SCID results from a 

mutation in either of the recombinase- activating genes 
encoding RAG-1 or RAG-2. 
 
  These two genes are absolutely required for cleaving 

double- stranded DNA before recombination of DNA 
to form the immunoglobulin genes and the genes 
encoding the lymphocyte cell receptor that 
characterized mature B and T cells. 

  If these gene rearrangements do not occur, B and T 

cells do not develop.   

 

  The optimal treatment: is a bone marrow transplant from a 

completely histocompatible donor, usually normal sibling, 
or the affected infants die within the first 2 years of life. 

  Also gene therapy of RAG 

 

 

2)  The DiGeorge Syndrome (Congenital Thymic 

Aplasia) 

  The thymic epithelium is derived from the third and 

fourth pharyngeal by the sixth week of human gestation. 
Defect is associated with the deletion in the embryo of a 
region on chromosome 22  

  The T-cell deficiency is variable, depending on how badly 

the thymus is affected. Affected infants have distinctive 
facial features in that their eyes are widely separated. 
They also have congenital malformations of the heart or 
aortic arch and neonatal tetany from the hypoplasia or 
aplasia of the parathyroid glands.  

  Treatment is by supportive therapy, or thymic 

epithelial transplant. 

 

 

3)  Wiskott- Aldrich Syndrome (WAS): 

  WAS is an X-linked immunodeficiency disease.  

  Affected males have small and abnormal platelets, which 

are also few in numbers (thrombocytopenia) which may 
lead to fatal bleeding. Boys with WAS develop severe 
eczema as well as pyogenic and opportunistic infections. 

  Their serum contains increased amounts of IgA & IgE

normal levels of IgG and decreased amounts of IgM.  

  Their T cells are defective in function. This fails to 

occur in the WAS, with the result that collaboration 
among immune cell is faulty. 

 


background image

Unit 1 - Immunology

 

 

 

47 

C. Genetic Defect in Complement Proteins 

  Deficiencies of the classical pathway componentsC1q, 

C1r, C1s, C4, or C2 results in susceptibility to develop 
immune complex disease such as 
systemic lupus 
erythematosus (SLE). This correlates with the known 
function of the classical pathway in the dissolution of 
immune complexes.  

  Deficiencies of C3, and the alternative pathway 

components, factor H, or factor I result in increased 
susceptibility to pyogenic infection
; this correlates with 
the important role of C3 in opsonization of pyogenic 
bacteria.  

  Deficiencies of the terminal components C5-8, and of 

the alternative pathway components, factor D and 
properdin results in remarkable susceptibility to 
infection with two pathogenic spp
. Of Neisseria
gonorrhoeae,
 and meningitides. 
  All these genetic complement component deficiencies 

are inherited. 

  Treatment usually maintained with antibiotics. 
 

Hereditary angioneurotic edema (HAE) is 
due to C1 inhibitor deficiency 

  It is well-known disease resulted due to deficiency of the 

complement system C1 inhibitor. This molecule is 
responsible for dissociation of activated C1, by binding to 
C1r2 and C1s2. 

  This disease is inherited as an autosomal dominant 

trait 

   C1 inhibitor deficiency may be acquired later in life. In 

some cases an autoantibody to C1inhibitor is found. 

  Patients with HAE have recurrent episodes of swelling of 

various parts of the body (angioedema). When the edema 
involves the intestine, abdominal pains ad cramps results, 
with severe vomiting. 

   When the edema involves the upper airway, the patients 

may choke to death from respiratory obstruction. 
Angioedema of the upper airway therefore presents a 
medical emergency, which requires rapid action to restore 
normal breathing.  

 

D. Defects in phagocytes 

  Phagocytic cells – polymorphonuclear leucocytes and 

cells of the monocyte /macrophage lineage – are 
important in host defense against pyogenic bacteria and 
other intracellular microorganisms. A severe deficiency 
of polymorphonuclear leucocytes (neutropenia) can result 
in overwhelming bacterial infection.  

  Two genetic defects of phagocytes are clinically 

important in that they result in susceptibility to severe 
infections and are often fatal includes: 

1. Chronic granulomatous disease  
2.  Leucocyte adhesion deficiency.  
 

1)  Chronic granulomatous disease (CGD) is due 

to a defect in the oxygen reduction pathway 

  

  Is a genetic disease, 70% is an X- linked form 

  Defect in the ability of macrophages and PMNs to kill 

phagocytosed organisms 

  Decrease in the ability of macrophages to serve as APCs. 

  Patients with CGD have defective NADPH oxidase 

which catalyzes the reduction of O

to •O

by the 

reaction:  

  NADPH + 2O

→ NADP

+ 2•O

2- 

+ H

+

 

  Thus, they are incapable of forming superoxide anions 

(•O

2

) and hydrogen peroxide in their phagocytes, 

following ingestion of microorganisms and so cannot 
readily kill ingested bacteria or fungi organisms.  

  As a result, microorganisms remain alive in phagocytes of 

patients with CGD. This gives rise to a cell-mediated 
response to persistent intracellular microbial antigens, and 
granulomas form. Children with CGD develop 
pneumonia, infections the lymph nodes (lymphadenitis), 
and abscesses in the skin, liver and other viscera. 

 

 

  Treatment with antibiotics 

 

 

2)  Leukocyte Adhesion Deficiency (LAD) 

  The receptor in the phagocyte membrane that binds to 

C3b on opsonized microorganisms is critical for the 
ingestion of bacteria by phagocytes. This receptor, an 
integrin called complement receptor 3 (CR3), is 
deficient in patients with LAD 
and consequently they 


background image

Unit 1 - Immunology

 

 

 

48 

develop severe bacterial infections, particularly of the 
mouth and GIT.  

 

CR3 is composed of two polypeptide chains: an α chain 
and  β chain. In LAD, there is a genetic defect of the β 
chain of CR3, encoded by a gene on chromosome 21. 
 

 

 

Other integrin proteins share the same β chain, namely 
lymphocyte function associated antigen (LFA-1) .  
Genetic defect of LFA-1 leading to impairment of 
adhesion of leukocytes to vascular endothelium and limits 
recruitment of cells to sites of inflammation. 

  LAD varies in its severity; some affected individuals die 

within a few years, whereas others may survive into their 
forties. 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) Secondary or Acquired 
Immunodeficiency 

It results from exposure to a number of chemical & 

biological 

agents that induce immunodeficient state. 

A.  Drugs: 
  Corticosteroids: commonly used for treatment of 

autoimmune disorders interfere with the immune response 
in order to relief the disease symptoms 

  Immunosuppressive drugs, such as cyclosporine- A 

used in transplantation patients which block the immune 
attack to transplanted organ. 

  Cytotoxic drugs or radiation treatments given to treat 

various forms of cancer frequently damage the dividing 
cells in the body (depression hematopoiesis)  

B.  Nutrient Deficiency 
  Lymphoid tissues are very vulnerable to the damaging 

effects of malnutrition.  

  Numerous enzymes with key roles in immune processes 

required zinc, iron, vitamin B6, and other 
micronutrients including selenium, and copper.
 

  Lymphoid atrophy is a prominent morphological feature 

of malnutrition (T selective deficiencies) 

C.  Infection:  

Acquired Immune Deficiency Syndrome (AIDS): 
The most significant global cause of immunodeficiency is 
HIV infection. Over 25 million people have died from 
AIDS since the first cases were described in 1981. As the 
end of 2004, WHO estimate that, approximately 40 
million people are living with HIV infection worldwide, 
with approximately 5 million new infections and 3 million 
deaths each year. 

Acquired Immune Deficiency Syndrome (AIDS) 

  AIDS: Is caused by Human Immunodeficiency Virus 

(HIV) a retrovirus, which is found in all cases of the 
disease.  

  The primary targets of HIV are activated CD4+ T helper 

lymphocytes but the virus can also infect several other 
cell types including macrophages.  

  Infection leads to loss of T4 helper lymphocytes and 

immunosuppression in the patient and the consequent 
fatal opportunistic infections. 

  HIV is a lentivirus, a class of retrovirus.  
  The name lentivirus means slow virus, so called because 

these viruses take a long time to cause overt disease.  

  Most lentiviruses target cells of the immune system and 

thus disease is often manifested as immunodeficiency 


background image

Unit 1 - Immunology

 

 

 

49 

  There are two types of HIV: HIV-1 and HIV-2. These 

cause clinically indistinguishable disease, although the 
time to disease onset is longer for HIV-2.  

  The worldwide epidemic of HIV and AIDS is caused 

by HIV-1 while HIV-2 is mostly restricted to west Africa 

  CD4 antigen is the main receptor for the virus entry, and 

is present on CD4+ T lymphocytes and monocytes.  

  The binding of the viral envelope glycoprotein gp120 to 

CD4 antigen results in conformational changes in gp120 
that expose binding sites for chemokine receptors, which 
serve as co-receptors for viral entry, these includes CCR5 
and CXCR4 

  The disease is appeared at the first time in 1981, as clusters 

of cases of Kaposi's sarcoma were reported in young 
patients in San Francisco and New York. This was an 
unusual occurrence since, in the United States, Kaposi's 
sarcoma was a rare disease that normally occurred in 
elderly men of Jewish or Mediterranean ancestry. however, 
these new clusters of patients were all young male 
homosexuals and the disease was much more aggressive 

 

 

 

  Immune Responses against HIV infection 

  Cell-mediated and humoral anti-HIV immune defense: 
  Cytotoxic T and B lymphocytes mount a strong defense 

and virus largely disappears from the circulation. 

  Virus titer, CD4T cells and anti-gp120 titer during the 

HIV infection  
After the increased cell-mediated immune response, there 
is a rise in antibodies in the serum of infected individuals 
2-3 weeks after infection, but though these lack the ability 
to inhibit viral infection. During this period, more than 10 
billion new HIV particles are produced each day. They are 
rapidly cleared by the immune system especially anti-
HIV antibody (gp120)
. So neutralizing antibodies play a 
role in controlling HIV viremia. 
 

 

 

  Despite the presence of high numbers of HIV specific 

CTLs in the peripheral blood, but like antibody 
responses unable to eliminate infection. 
 

  At this stage, most of this virus is coming from 

recently infected proliferating CD4

+

 cells. Thus, the 

virus is destroying the cells that are proliferating.  

  The infected cells that are producing this virus are 

destroyed either by the immune system or by the virus 
and have a half-life about 1 day. 
 

 

  Although activated, proliferating CD4+ cells are 

destroyed by the immune system, a small fraction of the 
infected cells survive long enough to revert back to the 
resting memory state (as do non-infected CD4

+

 

memory cells).  

  The resting memory cells do not express viral antigens but 

do carry a copy of the HIV genome which remains latent 
until the cells are reactivated by antigen. These memory 
cells may survive many years and constitute a 
reservoir that is very important in drug-based 
therapy
.  


background image

Unit 1 - Immunology

 

 

 

50 

During this period, the virus disseminates to other regions 
including to lymphoid and nervous tissue. This is the most 
infectious phase of the disease.  
 

Loss of CD4

+

 cells & collapse of the immune 

response 

During the course of infection, there is a profound loss of 
the specific immune response to HIV because: 
Responding CD4+ cells become infected. Thus, there is 
clonal deletion leading to tolerance and escape of HIV 
from the immune surveillance.  

 

  Activated CD4+ T cells are susceptible to apoptosis.  

  Spontaneous apoptosis of uninfected CD4

+

 and CD8

+

 T 

cells occurs in HIV-infected patients. 

   Also there appears to be selective apoptosis of HIV-

specific CD8

+

 cells 

  the number of follicular dendritic cells falls over time, 

resulting in diminished capacity to stimulate CD4+ cells 

More severe infections are associated with a low 
CD+4 T cell count 

  It is the phase of the disease that lacks the neoplasms and 

opportunistic infections that are the definition of AIDS 

  Patients at this stage of the disease show weight loss and 

fatigue together with fungal infections of the mouth, 
finger and toe nails especially with Candida   

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Orofacial 
granulomatos
is with cobble 
stone mucosa 
in AIDS

 

Facial 
sarcoidosis 
in AIDS

 

Opportunistic 
infections that 
are the definition 
of AIDS 




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
المشاهدات: لقد قام 6 أعضاء و 79 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل