肺泡蛋白沉积症的发病机制及诊疗进展

刘师序，熊梦冉，夏坤，李光熙

(1.中国中医科学院广安门医院呼吸科，北京 100053； 2.中国中医科学院研究生院，北京 100007)

肺泡蛋白沉积症(pulmonary alveolar proteinosis，PAP)是肺泡表面活性物质(pulmonary surfactant，PS)代谢异常引起的一种极其罕见的肺部疾病，于1958年被首次报道[1]。美国和日本近年的大规模人口研究显示，PAP的人群发病率约为7/100万[2-3]，发病与社会经济地位等因素无关，其人种及地域差异尚不明确。PAP属于异质性疾病，根据体内PS积聚机制的不同分为原发性PAP(primary PAP，pPAP)、继发性PAP(secondary PAP，sPAP)、先天性PAP(congenital PAP，cPAP)3种类型[4]。pPAP和sPAP由PS清除障碍所致，而cPAP由PS产生异常引起，无论是何种原因引起，最终PS在肺泡巨噬细胞(alveolar macrophage，AM)和肺泡内积聚，导致气体交换障碍，进而诱发低氧性呼吸衰竭，继发感染与肺纤维化的风险也有所增加[5]。粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)在维持PS稳态中发挥重要作用，近年对GM-CSF的深入研究有助于加深对PAP发病机制的理解[6]。成年人PAP最常见的发病机制是GM-CSF自身抗体(GM-CSF autoantibody，GM-CSFAb)介导的GM-CSF信号不足，导致AM成熟异常，进而引起PS清除障碍[7]。目前尚无公认的PAP治疗共识及指南，全肺灌洗仍是治疗首选[6]，以GM-CSF为靶点的疗法在临床应用较多，尤其是雾化吸入GM-CSF被认为是一种极具前景的治疗手段[8]；此外，他汀类药物以及中医适宜技术等具有潜力的PAP疗法逐渐出现。现就近年PAP发病机制及诊疗进展予以综述，以期为PAP的诊治提供新方向。

1 PAP的发病机制

PAP是PS清除受损或产生异常引起的一组异质性疾病[5]。PS是由Ⅱ型肺泡上皮细胞产生、分泌并覆盖肺泡壁表面的脂蛋白，92%为脂质(以磷脂酰胆碱为主)，8%为蛋白质，即表面活性蛋白[9]。在呼吸过程中，PS能够降低表面张力，防止呼气末肺泡塌陷，维持肺泡大小，减少肺的弹性回缩，发挥免疫作用，抵御病原微生物[10]。PS在Ⅱ型肺泡上皮细胞或AM的摄取与再循环过程中被清除[11]。正常情况下，GM-CSF与受体结合，介导单核细胞转化为功能性AM，促进PS的降解[12]。pPAP是最常见的成年人PAP，可分为自身免疫性PAP(autoimmune PAP，aPAP)及遗传性PAP(hereditary PAP，hPAP)，其中aPAP最为普遍，占全部PAP的90%～95%[2-3]。

1.1pPAP发病机制及与GM-CSF的关系 pPAP由GM-CSF信号中断导致AM成熟障碍、功能受损而引起PS清除减少所致。GM-CSF在pPAP的发病机制中起重要作用，人类与小鼠的相关研究均表明，GM-CSF在AM分化成熟[13-14]、维持PS稳态以及机体固有免疫[15]中发挥了关键作用。GM-CSF能刺激中性粒细胞和巨噬细胞集落形成，是Ⅱ型肺泡上皮细胞产生的分子量为23 000的糖蛋白细胞因子[16]。GM-CSF对AM的终末分化至关重要，通过受体介导，诱导信号转导及转录活化因子5的磷酸化，刺激多个信号通路[17]。GM-CSF还可刺激转录因子PU.1以及过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ)的表达，两者均为AM分化成熟的必需转录因子[18]。AM经PU.1和PPARγ介导后，启动GM-CSF信号转导，从而吞噬清除PS[19]。GM-CSF以一种结构性、剂量依赖性和可逆性的方式调节巨噬细胞胆固醇流出，在维持PS的稳态中发挥关键作用[1]。研究发现，GM-CSF基因敲除小鼠[20]及GM-CSF受体缺陷(Csf2-/-)小鼠[21]的PS聚集，PPARγ及ATP结合盒转运蛋白G1(一种在巨噬细胞胆固醇流出中起重要作用的跨膜脂质转运蛋白)[22]缺乏，表型与人类PAP非常相似；而GM-CSF治疗能对症状有所改善[23]。此外，GM-CSF可诱导髓系细胞成熟，并通过PU.1增强AM的吞噬功能[24]。GM-CSF基因敲除小鼠对细菌、病毒、真菌和寄生虫等病原微生物的易感性增加[25-26]。aPAP患者中性粒细胞功能受损，而GM-CSF替代疗法能够改善aPAP患者体内PU.1的表达，增强机体固有免疫[5]。综上，GM-CSF与PAP的发病密切相关，是当前的研究热点。

1.1.1aPAP的发病机制 aPAP曾被称为特发性PAP，其发病机制是GM-CSFAb表达增加，导致具有生物利用度的GM-CSF不足，阻断巨噬细胞成熟。研究发现，多数PAP患者血浆及支气管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid，BALF)中GM-CSF含量高于健康人群[27]，与既往GM-CSF水平不足导致PAP的假设不符，而GM-CSFAb的发现[28]很好地解释了这一矛盾。支持GM-CSFAb引发aPAP假说的证据包括：①仅aPAP中GM-CSFAb表达增加，而其他类型PAP及健康人群中其表达未见明显增加[5]；②给健康猕猴注射来自aPAP患者的高纯度GM-CSFAb，可复制出与人类PAP相似表型的动物模型，且该动物模型的GM-CSFAb具有中和GM-CSF的能力[29]；③GM-CSFAb滴度有临界阈值(5 μg/ml)，GM-CSFAb滴度低于该阈值时，其与GM-CSF信号活性成反比，而GM-CSFAb滴度超过该阈值时，GM-CSF信号活性降低，对AM和粒细胞的激发功能被扰乱，PAP的患病风险增加[30]。综上，GM-CSFAb介导的GM-CSF信号中断是aPAP发病的关键。

1.1.2hPAP的发病机制 hPAP是由GM-CSF2受体α(CSF2 receptor subunit α，CSF2RA)或GM-CSF2受体β(CSF2 receptor subunit β，CSF2RB)常染色体隐性突变引起的遗传性疾病，该突变导致细胞表面蛋白表达减少[31-32]，移植CSF2RA基因修饰过的AM对hPAP有一定的治疗作用[33]。需要注意的是，具有相同突变家庭成员的疾病严重程度不同，提示除GM-CSF信号活性外，hPAP还受到其他因素的影响，未来仍需深入研究。

1.2其他类型PAP的发病机制 吸入性暴露(如粉尘)、血液系统疾病、感染、免疫失调或药物导致AM数量/功能下降，PS清除减少，导致sPAP的发生[34]，sPAP占PAP总发病率的5%～10%[2]。sPAP和aPAP的发病机制、高分辨率CT(high-resolution CT，HRCT)表现均存在明显差异，且sPAP预后较差。多种潜在致病因素(如职业暴露[35]、药物[36]、电子烟[37]以及血液系统疾病、感染、免疫性疾病)均可诱发sPAP。骨髓增生异常综合征和肺结核是sPAP最常见的病因，sPAP常继发于血液系统疾病，尤其是骨髓增生异常综合征和慢性粒细胞性白血病，两者约占sPAP患者的68.9%[34]。另有研究显示，免疫缺陷[38]、器官移植后免疫抑制[39-40]、获得性免疫缺陷综合征[41]均可导致sPAP。目前，sPAP发病机制相关研究较少，但AM数量减少与功能障碍(清除PS的能力下降)可能诱发sPAP，动物实验也支持这一观点[42]。表面活性蛋白B、表面活性蛋白C、ATP结合盒转运蛋白A3、甲状腺转录因子-1是参与PS生成、涉及表面活性蛋白与脂质代谢的因子，其发生基因突变，引起PS分泌障碍[43]，导致cPAP发病[5,44]。未分类PAP的病因不明，GM-CSFAb阴性，无继发性、遗传性以及先天性发病的背景，更为罕见。

2 PAP的诊断

PAP极度罕见，且缺乏特异性临床表现，易被误诊为反复发作的肺炎、支气管炎、哮喘、肺气肿等，确诊较为困难，常延误最佳诊疗时机。据统计，PAP确诊时多已延迟18个月左右[45]。大样本研究显示，约1/3的aPAP患者发病初期无明显症状[3]，此类患者确诊前数月的临床表现为进行性呼吸困难，咳嗽、咳痰，胸痛，疲劳、体重减轻等全身症状，发热(合并感染时)[3]；体格检查常无阳性体征，约1/3的患者可有发绀、杵状指，爆裂音不常见[3]。当患者伴或不伴咳嗽的慢性进行性呼吸困难、疲劳以及特征性HRCT表现时，应高度怀疑PAP。诊断前通常行支气管镜检查，BALF呈不透明、乳白色，含有大量沉淀物，且过碘酸希夫染色阳性。如需分型诊断，可行进一步检测血清GM-CSFAb，阳性者为aPAP。GM-CSFAb阴性者若存在已知的诱发PAP的危险因素，则诊断为sPAP。若找不到明确病因，应检测血清GM-CSF水平，GM-CSF水平升高者应检测是否存在CSF2RA及CSF2RB突变，有突变者则为hPAP；而血清GM-CSF水平正常者，应进一步检测PS相关基因的突变情况，以识别cPAP。此外，PAP患者的影像学表现、肺功能与血气分析结果、病理学检查及血清标志物水平均有一定特点，可作为与其他呼吸系统疾病鉴别诊断的依据。

2.1影像学检查 PAP患者胸部X线可见双侧肺泡弥漫性浸润，沿肺门分布，呈现“蝶翼征”改变。HRCT更具诊断价值，特征性表现为双肺地图状分布的磨玻璃斑片影，伴小叶间隔增厚，呈现多角形态，构成铺路石征，主要累及下肺，胸膜下多不受累[46]。心源性肺水肿、弥漫性肺泡出血、机化性肺炎、急性呼吸窘迫综合征、肺孢子虫肺炎等的HRCT均可表现为地图样分布与铺路石征，故需与PAP鉴别[47]。临床上，CT表现与患者临床症状严重程度不一定呈正相关，因此需结合血气分析与肺功能来综合评估患者的病情严重程度。此外，sPAP与aPAP的HRCT表现略有差异，sPAP表现为弥漫性分布的磨玻璃影，铺路石征少见，病变常累及全肺与胸膜下；aPAP表现为斑片状、地图样分布的磨玻璃影，病变主要累及下肺，通常不累及胸膜下[48]。

2.2肺功能及血气分析测定 约70%的PAP患者并发低氧血症[49]。肺通气功能可表现为正常、限制性障碍(多见)、混合型障碍。多数PAP患者的肺弥散功能减退，且肺弥散功能与病变严重程度呈正相关，患者肺一氧化碳弥散量下降，经全肺灌洗治疗后，肺一氧化碳弥散量有所升高，因此肺一氧化碳弥散量可作为PAP疗效的评价指标之一[50]。肺换气功能的指标动脉血氧分压、肺泡-动脉血氧分压差也常用于评估病情严重程度[51]。

2.3病理学检查 对PAP的诊断有重要意义。采用支气管镜肺活检术或开胸肺活检(10%～20%)[3,52]采集病变肺组织，显微镜检下可见肺泡腔、终末细支气管和巨噬细胞内大量过碘酸希夫染色阳性物质沉积，伴Ⅱ型肺泡上皮细胞增生，肺泡结构完整，炎症细胞缺失，无纤维化及蜂窝样变[53]。PAP患者的BALF为不透光的乳白色液体，伴大量沉淀物，经May-Grünwald-Giemsa与过碘酸希夫染色后，显微镜检可见呈嗜碱性的无细胞椭圆小体，经油红O染色后出现红色泡沫样AM，电镜下可见特征性板层小体(多层表面活性脂蛋白形成的独特的螺旋结构)[53]。

2.4血清标志物检测 PAP确诊后，应进一步行血清GM-CSFAb检测，以进一步判断是否属于aPAP。健康人[30]以及恶性肿瘤[54]、炎症[55]、sPAP患者[56]血清中均能检测到低水平的GM-CSFAb(一般<1 μg/ml)，但aPAP患者血清GM-CSFAb水平通常>9 μg/ml(诊断aPAP血清GM-CSFAb的临界阈值>5 μg/ml)，其对aPAP的灵敏度和特异度均为100%[30]。血清GM-CSFAb检测安全无创、耐受性好，尤其适用于病情较重不能耐受有创检查的患者。对于血清GM-CSFAb水平正常且不具备诱发PAP的危险因素，但血清GM-CSF水平升高者可检测潜在的变异受体基因。hPAP患者由于CSF2RA或CSF2RB基因突变，通常血清GM-CSF>10 μg/ml[57]，但严重感染以及恶性肿瘤患者的血清GM-CSF水平也会升高，故血清GM-CSF仅作为PAP的筛查指标。此外，80%的PAP患者血清乳酸脱氢酶水平升高，但不具有特异性[58]。

3 PAP的治疗

目前尚无PAP的治疗共识及指导方针，治疗方案取决于PAP的类型及病情严重程度。不同类型PAP的治疗侧重点不同：aPAP首选全肺灌洗、GM-CSF替代疗法，或两者联合治疗；sPAP治疗以消除致病因素、治疗原发疾病为重点；hPAP和cPAP可行细胞移植、基因疗法以及肺移植等。所有PAP患者应定期检测肺功能，当肺功能下降或临床表现加重时，应复查胸部HRCT，以尽早发现肺间质性改变。治疗目标以缓解症状、改善氧合、提高生活质量为主。

3.1全肺灌洗 目前全肺灌洗是治疗pPAP和部分sPAP的首选[59]。全肺灌洗是一种侵入性治疗，在全身麻醉状态下行双腔支气管插管，一侧肺机械通气，另一侧肺反复注入0.9%氯化钠溶液后引流，采用物理手段清除PS[60]，以缓解临床症状。全肺灌洗广泛运用于PAP的治疗，可改善症状、影像学表现及氧合指数，治疗总体有效率>60%，70%的患者治疗7年后未复发[61]，有效中位时间为15个月，5年生存率为94%[58]。但全肺灌洗治疗PAP仍存在以下问题：①全肺灌洗对操作技术依赖度高，且无标准化操作流程[59]；②常因PS再次积聚而需要重复治疗[62]；③目前尚无全肺灌洗临床有效性的系统评价；④全肺灌洗作为一种侵入性治疗，仍有出现并发症的可能性(<18%)[60]，如发热、低氧血症、气胸、胸腔积液、交叉感染和急性呼吸窘迫综合征等[59,62]。随着全肺灌洗技术的发展，出现了经支气管显微镜节段性灌洗[63]，其侵入性较小，但缺乏对其疗效及并发症发生率的充分研究，故不能作为临床常规治疗手段。

3.2GM-CSF疗法 GM-CSF疗法的给药途径包括雾化吸入和皮下注射两种。据报道，首例aPAP患者皮下注射GM-CSF后，症状和动脉血氧分压显著改善[64]。对aPAP患者的随访研究显示，GM-CSF在皮下注射4～12周起效，治疗总有效率为43%～48%，但85%的患者出现局部反应[65]。一项对aPAP患者的前瞻性研究显示，65%(23/35)的患者在雾化吸入GM-CSF 24周后，主观参数(呼吸困难)和客观参数(6 min步行距离)均有所改善，在30个月的观察期内不需要接受额外治疗[66]。一项荟萃分析证实，GM-CSF疗法对81%的aPAP患者有效，且雾化吸入患者的有效率及血氧改善情况均优于皮下注射患者，中位有效时间达30个月[67]。与皮下注射不同，雾化吸入GM-CSF未出现治疗相关不良反应[8]，且能改善aPAP患者的动脉血氧分压和肺泡-动脉血氧分压差，因此是一种更有前景的治疗手段[68]。GM-CSF疗法具有诸多优势，但起效时间较长、不适用于重症患者，在一定程度上限制了GM-CSF疗法的临床应用。

3.3靶向清除GM-CSFAb aPAP患者GM-CSFAb表达增加，故可通过降低GM-CSAb水平治疗aPAP，相关治疗的尝试包括：①血浆置换，可清除循环系统中的潜在GM-CSFAb，恢复PS稳态；②利妥昔单抗，其是一种特异性针对B细胞CD20的单克隆抗体，可通过清除B细胞减少GM-CSFAb生成；③糖皮质激素，如使用皮质醇治疗aPAP，但上述治疗的效果均不理想，回顾性研究显示，血浆置换[69]及利妥昔单抗治疗后，aPAP患者病情改善并不明显[70]。皮质醇治疗后，aPAP患者的病情反而恶化[19]。因此，以上方法均不能作为aPAP的常规治疗手段，如需应用于难治性PAP患者，应在系统性评估后方可应用于临床实践。

3.4吡格列酮与他汀类药物 吡格列酮与他汀类药物均具有恢复AM脂质稳态的作用。PPARγ参与调节脂质和糖代谢，吡格列酮是PPARγ激动剂，用于治疗各种类型高脂血症和2型糖尿病。PAP动物模型(Csf2rb-/-小鼠)实验显示，吡格列酮治疗PAP有效，吡格列酮治疗6周后，基因敲除小鼠AM的ATP结合盒转运蛋白G1表达增加，BALF浑浊度及胆固醇水平降低[71]。目前吡格列酮应用于PAP患者的临床试验正在开展中，结果尚不清楚[72]。

他汀类药物广泛用于高胆固醇血症的治疗。全肺灌洗反应不佳的aPAP患者在接受他汀类药物治疗数月后，肺功能与影像学结果改善显著[73]。对aPAP患者AM的体外试验发现，与健康人AM相比，他汀类药物使aPAP患者AM的胆固醇含量降低40%，并可使ATP结合盒转运蛋白G1表达增加，表明他汀类药物可增加胆固醇外流。另有研究显示，他汀类药物治疗6周后，PAP模型小鼠的BALF浊度下降，AM内胆固醇含量降低[70]。

3.5AM移植与肺移植 既往研究认为，骨髓移植可逆转GM-CSF受体缺陷小鼠的PAP[73]。骨髓干细胞移植作为一种具有潜在价值的hPAP疗法，目前其治疗hPAP仅有个案报道[74]，且继发感染、排异反应、药物毒性等是骨髓干细胞移植的高危因素，而hPAP本身也是骨髓移植的并发症之一[75]，故其疗效有待进一步验证。而AM移植作为一种细胞移植法，具有有效、安全、持久的特点，可能是更有效的治疗hPAP的方案。谱系追踪研究表明，AM可独立于造血祖细胞及血液循环中的单核细胞，依赖肺部GM-CSF调节，维持数量的动态平衡[76]。将野生型或基因校正小鼠的骨髓分化巨噬细胞移植给GM-CSF受体亚单位基因敲除(Csf2rb-/-或Csf2ra-/-)hPAP小鼠模型后发现，模型小鼠的肺部病变显著改善，PAP相关血清标志物水平、病死率均有所降低，且移植后的巨噬细胞存活1年以上，研究期间治疗效果较好[77]。肺移植治疗PAP的临床经验有限，但该操作创伤大、风险高，且患者持续存在免疫失调及潜在的基因突变，故存在术后复发的可能[78]。既往有肺移植后引发PAP的案例报道[79]，对于常规治疗无效的难治性PAP患者，可考虑行肺移植。

3.6中医药疗法 PAP可归属于中医学的“肺痹”范畴，作为一种罕见病，“怪病多由痰作祟”，辨证分型主要为“痰瘀阻络型”，治疗上多选用化痰通络的方药[80]。有研究人员根据“肺主皮毛”的中医理论，采用经皮给药方式结合具有温经化痰、行气通络功效的中药进行外治，临床观察结果显示，aPAP患者症状减轻、生存质量改善，具有较好的治疗效果，可能是一种新型的PAP治疗手段[81-82]。

4 小 结

随着对PAP的不断深入研究，人们对其发病机制及疾病分类的认识逐渐加深。GM-CSF信号异常导致AM功能异常和PS清除障碍是aPAP的根本机制。此外，某些诱因(如血液疾病、吸入性暴露)会导致sPAP，而hPAP较为罕见。全肺灌洗是目前PAP治疗的首选，而GM-CSF疗法(包括皮下注射和雾化吸入)具有应用前景，但尚缺乏其作为一线治疗方法或与全肺灌洗联合治疗的研究证据。近年来，中医药疗法在PAP治疗中的潜在应用前景逐渐被发现，其有效性仍有待深入研究。期待未来依据PAP的发病机制，开发出创伤更小、更有效的新型疗法。