肺泡蛋白沉積癥的發病機制及診療進展

劉師序，熊夢冉，夏坤，李光熙

(1.中國中醫科學院廣安門醫院呼吸科，北京 100053； 2.中國中醫科學院研究生院，北京 100007)

肺泡蛋白沉積癥(pulmonary alveolar proteinosis，PAP)是肺泡表面活性物質(pulmonary surfactant，PS)代謝異常引起的一種極其罕見的肺部疾病，于1958年被首次報道[1]。美國和日本近年的大規模人口研究顯示，PAP的人群發病率約為7/100萬[2-3]，發病與社會經濟地位等因素無關，其人種及地域差異尚不明確。PAP屬于異質性疾病，根據體內PS積聚機制的不同分為原發性PAP(primary PAP，pPAP)、繼發性PAP(secondary PAP，sPAP)、先天性PAP(congenital PAP，cPAP)3種類型[4]。pPAP和sPAP由PS清除障礙所致，而cPAP由PS產生異常引起，無論是何種原因引起，最終PS在肺泡巨噬細胞(alveolar macrophage，AM)和肺泡內積聚，導致氣體交換障礙，進而誘發低氧性呼吸衰竭，繼發感染與肺纖維化的風險也有所增加[5]。粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)在維持PS穩態中發揮重要作用，近年對GM-CSF的深入研究有助于加深對PAP發病機制的理解[6]。成年人PAP最常見的發病機制是GM-CSF自身抗體(GM-CSF autoantibody，GM-CSFAb)介導的GM-CSF信號不足，導致AM成熟異常，進而引起PS清除障礙[7]。目前尚無公認的PAP治療共識及指南，全肺灌洗仍是治療首選[6]，以GM-CSF為靶點的療法在臨床應用較多，尤其是霧化吸入GM-CSF被認為是一種極具前景的治療手段[8]；此外，他汀類藥物以及中醫適宜技術等具有潛力的PAP療法逐漸出現。現就近年PAP發病機制及診療進展予以綜述，以期為PAP的診治提供新方向。

1 PAP的發病機制

PAP是PS清除受損或產生異常引起的一組異質性疾病[5]。PS是由Ⅱ型肺泡上皮細胞產生、分泌并覆蓋肺泡壁表面的脂蛋白，92%為脂質(以磷脂酰膽堿為主)，8%為蛋白質，即表面活性蛋白[9]。在呼吸過程中，PS能夠降低表面張力，防止呼氣末肺泡塌陷，維持肺泡大小，減少肺的彈性回縮，發揮免疫作用，抵御病原微生物[10]。PS在Ⅱ型肺泡上皮細胞或AM的攝取與再循環過程中被清除[11]。正常情況下，GM-CSF與受體結合，介導單核細胞轉化為功能性AM，促進PS的降解[12]。pPAP是最常見的成年人PAP，可分為自身免疫性PAP(autoimmune PAP，aPAP)及遺傳性PAP(hereditary PAP，hPAP)，其中aPAP最為普遍，占全部PAP的90%～95%[2-3]。

1.1pPAP發病機制及與GM-CSF的關系 pPAP由GM-CSF信號中斷導致AM成熟障礙、功能受損而引起PS清除減少所致。GM-CSF在pPAP的發病機制中起重要作用，人類與小鼠的相關研究均表明，GM-CSF在AM分化成熟[13-14]、維持PS穩態以及機體固有免疫[15]中發揮了關鍵作用。GM-CSF能刺激中性粒細胞和巨噬細胞集落形成，是Ⅱ型肺泡上皮細胞產生的分子量為23 000的糖蛋白細胞因子[16]。GM-CSF對AM的終末分化至關重要，通過受體介導，誘導信號轉導及轉錄活化因子5的磷酸化，刺激多個信號通路[17]。GM-CSF還可刺激轉錄因子PU.1以及過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ)的表達，兩者均為AM分化成熟的必需轉錄因子[18]。AM經PU.1和PPARγ介導后，啟動GM-CSF信號轉導，從而吞噬清除PS[19]。GM-CSF以一種結構性、劑量依賴性和可逆性的方式調節巨噬細胞膽固醇流出，在維持PS的穩態中發揮關鍵作用[1]。研究發現，GM-CSF基因敲除小鼠[20]及GM-CSF受體缺陷(Csf2-/-)小鼠[21]的PS聚集，PPARγ及ATP結合盒轉運蛋白G1(一種在巨噬細胞膽固醇流出中起重要作用的跨膜脂質轉運蛋白)[22]缺乏，表型與人類PAP非常相似；而GM-CSF治療能對癥狀有所改善[23]。此外，GM-CSF可誘導髓系細胞成熟，并通過PU.1增強AM的吞噬功能[24]。GM-CSF基因敲除小鼠對細菌、病毒、真菌和寄生蟲等病原微生物的易感性增加[25-26]。aPAP患者中性粒細胞功能受損，而GM-CSF替代療法能夠改善aPAP患者體內PU.1的表達，增強機體固有免疫[5]。綜上，GM-CSF與PAP的發病密切相關，是當前的研究熱點。

1.1.1aPAP的發病機制 aPAP曾被稱為特發性PAP，其發病機制是GM-CSFAb表達增加，導致具有生物利用度的GM-CSF不足，阻斷巨噬細胞成熟。研究發現，多數PAP患者血漿及支氣管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid，BALF)中GM-CSF含量高于健康人群[27]，與既往GM-CSF水平不足導致PAP的假設不符，而GM-CSFAb的發現[28]很好地解釋了這一矛盾。支持GM-CSFAb引發aPAP假說的證據包括：①僅aPAP中GM-CSFAb表達增加，而其他類型PAP及健康人群中其表達未見明顯增加[5]；②給健康獼猴注射來自aPAP患者的高純度GM-CSFAb，可復制出與人類PAP相似表型的動物模型，且該動物模型的GM-CSFAb具有中和GM-CSF的能力[29]；③GM-CSFAb滴度有臨界閾值(5 μg/ml)，GM-CSFAb滴度低于該閾值時，其與GM-CSF信號活性成反比，而GM-CSFAb滴度超過該閾值時，GM-CSF信號活性降低，對AM和粒細胞的激發功能被擾亂，PAP的患病風險增加[30]。綜上，GM-CSFAb介導的GM-CSF信號中斷是aPAP發病的關鍵。

1.1.2hPAP的發病機制 hPAP是由GM-CSF2受體α(CSF2 receptor subunit α，CSF2RA)或GM-CSF2受體β(CSF2 receptor subunit β，CSF2RB)常染色體隱性突變引起的遺傳性疾病，該突變導致細胞表面蛋白表達減少[31-32]，移植CSF2RA基因修飾過的AM對hPAP有一定的治療作用[33]。需要注意的是，具有相同突變家庭成員的疾病嚴重程度不同，提示除GM-CSF信號活性外，hPAP還受到其他因素的影響，未來仍需深入研究。

1.2其他類型PAP的發病機制 吸入性暴露(如粉塵)、血液系統疾病、感染、免疫失調或藥物導致AM數量/功能下降，PS清除減少，導致sPAP的發生[34]，sPAP占PAP總發病率的5%～10%[2]。sPAP和aPAP的發病機制、高分辨率CT(high-resolution CT，HRCT)表現均存在明顯差異，且sPAP預后較差。多種潛在致病因素(如職業暴露[35]、藥物[36]、電子煙[37]以及血液系統疾病、感染、免疫性疾病)均可誘發sPAP。骨髓增生異常綜合征和肺結核是sPAP最常見的病因，sPAP常繼發于血液系統疾病，尤其是骨髓增生異常綜合征和慢性粒細胞性白血病，兩者約占sPAP患者的68.9%[34]。另有研究顯示，免疫缺陷[38]、器官移植后免疫抑制[39-40]、獲得性免疫缺陷綜合征[41]均可導致sPAP。目前，sPAP發病機制相關研究較少，但AM數量減少與功能障礙(清除PS的能力下降)可能誘發sPAP，動物實驗也支持這一觀點[42]。表面活性蛋白B、表面活性蛋白C、ATP結合盒轉運蛋白A3、甲狀腺轉錄因子-1是參與PS生成、涉及表面活性蛋白與脂質代謝的因子，其發生基因突變，引起PS分泌障礙[43]，導致cPAP發病[5,44]。未分類PAP的病因不明，GM-CSFAb陰性，無繼發性、遺傳性以及先天性發病的背景，更為罕見。

2 PAP的診斷

PAP極度罕見，且缺乏特異性臨床表現，易被誤診為反復發作的肺炎、支氣管炎、哮喘、肺氣腫等，確診較為困難，常延誤最佳診療時機。據統計，PAP確診時多已延遲18個月左右[45]。大樣本研究顯示，約1/3的aPAP患者發病初期無明顯癥狀[3]，此類患者確診前數月的臨床表現為進行性呼吸困難，咳嗽、咳痰，胸痛，疲勞、體重減輕等全身癥狀，發熱(合并感染時)[3]；體格檢查常無陽性體征，約1/3的患者可有發紺、杵狀指，爆裂音不常見[3]。當患者伴或不伴咳嗽的慢性進行性呼吸困難、疲勞以及特征性HRCT表現時，應高度懷疑PAP。診斷前通常行支氣管鏡檢查，BALF呈不透明、乳白色，含有大量沉淀物，且過碘酸希夫染色陽性。如需分型診斷，可行進一步檢測血清GM-CSFAb，陽性者為aPAP。GM-CSFAb陰性者若存在已知的誘發PAP的危險因素，則診斷為sPAP。若找不到明確病因，應檢測血清GM-CSF水平，GM-CSF水平升高者應檢測是否存在CSF2RA及CSF2RB突變，有突變者則為hPAP；而血清GM-CSF水平正常者，應進一步檢測PS相關基因的突變情況，以識別cPAP。此外，PAP患者的影像學表現、肺功能與血氣分析結果、病理學檢查及血清標志物水平均有一定特點，可作為與其他呼吸系統疾病鑒別診斷的依據。

2.1影像學檢查 PAP患者胸部X線可見雙側肺泡彌漫性浸潤，沿肺門分布，呈現“蝶翼征”改變。HRCT更具診斷價值，特征性表現為雙肺地圖狀分布的磨玻璃斑片影，伴小葉間隔增厚，呈現多角形態，構成鋪路石征，主要累及下肺，胸膜下多不受累[46]。心源性肺水腫、彌漫性肺泡出血、機化性肺炎、急性呼吸窘迫綜合征、肺孢子蟲肺炎等的HRCT均可表現為地圖樣分布與鋪路石征，故需與PAP鑒別[47]。臨床上，CT表現與患者臨床癥狀嚴重程度不一定呈正相關，因此需結合血氣分析與肺功能來綜合評估患者的病情嚴重程度。此外，sPAP與aPAP的HRCT表現略有差異，sPAP表現為彌漫性分布的磨玻璃影，鋪路石征少見，病變常累及全肺與胸膜下；aPAP表現為斑片狀、地圖樣分布的磨玻璃影，病變主要累及下肺，通常不累及胸膜下[48]。

2.2肺功能及血氣分析測定 約70%的PAP患者并發低氧血癥[49]。肺通氣功能可表現為正常、限制性障礙(多見)、混合型障礙。多數PAP患者的肺彌散功能減退，且肺彌散功能與病變嚴重程度呈正相關，患者肺一氧化碳彌散量下降，經全肺灌洗治療后，肺一氧化碳彌散量有所升高，因此肺一氧化碳彌散量可作為PAP療效的評價指標之一[50]。肺換氣功能的指標動脈血氧分壓、肺泡-動脈血氧分壓差也常用于評估病情嚴重程度[51]。

2.3病理學檢查 對PAP的診斷有重要意義。采用支氣管鏡肺活檢術或開胸肺活檢(10%～20%)[3,52]采集病變肺組織，顯微鏡檢下可見肺泡腔、終末細支氣管和巨噬細胞內大量過碘酸希夫染色陽性物質沉積，伴Ⅱ型肺泡上皮細胞增生，肺泡結構完整，炎癥細胞缺失，無纖維化及蜂窩樣變[53]。PAP患者的BALF為不透光的乳白色液體，伴大量沉淀物，經May-Grünwald-Giemsa與過碘酸希夫染色后，顯微鏡檢可見呈嗜堿性的無細胞橢圓小體，經油紅O染色后出現紅色泡沫樣AM，電鏡下可見特征性板層小體(多層表面活性脂蛋白形成的獨特的螺旋結構)[53]。

2.4血清標志物檢測 PAP確診后，應進一步行血清GM-CSFAb檢測，以進一步判斷是否屬于aPAP。健康人[30]以及惡性腫瘤[54]、炎癥[55]、sPAP患者[56]血清中均能檢測到低水平的GM-CSFAb(一般<1 μg/ml)，但aPAP患者血清GM-CSFAb水平通常>9 μg/ml(診斷aPAP血清GM-CSFAb的臨界閾值>5 μg/ml)，其對aPAP的靈敏度和特異度均為100%[30]。血清GM-CSFAb檢測安全無創、耐受性好，尤其適用于病情較重不能耐受有創檢查的患者。對于血清GM-CSFAb水平正常且不具備誘發PAP的危險因素，但血清GM-CSF水平升高者可檢測潛在的變異受體基因。hPAP患者由于CSF2RA或CSF2RB基因突變，通常血清GM-CSF>10 μg/ml[57]，但嚴重感染以及惡性腫瘤患者的血清GM-CSF水平也會升高，故血清GM-CSF僅作為PAP的篩查指標。此外，80%的PAP患者血清乳酸脫氫酶水平升高，但不具有特異性[58]。

3 PAP的治療

目前尚無PAP的治療共識及指導方針，治療方案取決于PAP的類型及病情嚴重程度。不同類型PAP的治療側重點不同：aPAP首選全肺灌洗、GM-CSF替代療法，或兩者聯合治療；sPAP治療以消除致病因素、治療原發疾病為重點；hPAP和cPAP可行細胞移植、基因療法以及肺移植等。所有PAP患者應定期檢測肺功能，當肺功能下降或臨床表現加重時，應復查胸部HRCT，以盡早發現肺間質性改變。治療目標以緩解癥狀、改善氧合、提高生活質量為主。

3.1全肺灌洗 目前全肺灌洗是治療pPAP和部分sPAP的首選[59]。全肺灌洗是一種侵入性治療，在全身麻醉狀態下行雙腔支氣管插管，一側肺機械通氣，另一側肺反復注入0.9%氯化鈉溶液后引流，采用物理手段清除PS[60]，以緩解臨床癥狀。全肺灌洗廣泛運用于PAP的治療，可改善癥狀、影像學表現及氧合指數，治療總體有效率>60%，70%的患者治療7年后未復發[61]，有效中位時間為15個月，5年生存率為94%[58]。但全肺灌洗治療PAP仍存在以下問題：①全肺灌洗對操作技術依賴度高，且無標準化操作流程[59]；②常因PS再次積聚而需要重復治療[62]；③目前尚無全肺灌洗臨床有效性的系統評價；④全肺灌洗作為一種侵入性治療，仍有出現并發癥的可能性(<18%)[60]，如發熱、低氧血癥、氣胸、胸腔積液、交叉感染和急性呼吸窘迫綜合征等[59,62]。隨著全肺灌洗技術的發展，出現了經支氣管顯微鏡節段性灌洗[63]，其侵入性較小，但缺乏對其療效及并發癥發生率的充分研究，故不能作為臨床常規治療手段。

3.2GM-CSF療法 GM-CSF療法的給藥途徑包括霧化吸入和皮下注射兩種。據報道，首例aPAP患者皮下注射GM-CSF后，癥狀和動脈血氧分壓顯著改善[64]。對aPAP患者的隨訪研究顯示，GM-CSF在皮下注射4～12周起效，治療總有效率為43%～48%，但85%的患者出現局部反應[65]。一項對aPAP患者的前瞻性研究顯示，65%(23/35)的患者在霧化吸入GM-CSF 24周后，主觀參數(呼吸困難)和客觀參數(6 min步行距離)均有所改善，在30個月的觀察期內不需要接受額外治療[66]。一項薈萃分析證實，GM-CSF療法對81%的aPAP患者有效，且霧化吸入患者的有效率及血氧改善情況均優于皮下注射患者，中位有效時間達30個月[67]。與皮下注射不同，霧化吸入GM-CSF未出現治療相關不良反應[8]，且能改善aPAP患者的動脈血氧分壓和肺泡-動脈血氧分壓差，因此是一種更有前景的治療手段[68]。GM-CSF療法具有諸多優勢，但起效時間較長、不適用于重癥患者，在一定程度上限制了GM-CSF療法的臨床應用。

3.3靶向清除GM-CSFAb aPAP患者GM-CSFAb表達增加，故可通過降低GM-CSAb水平治療aPAP，相關治療的嘗試包括：①血漿置換，可清除循環系統中的潛在GM-CSFAb，恢復PS穩態；②利妥昔單抗，其是一種特異性針對B細胞CD20的單克隆抗體，可通過清除B細胞減少GM-CSFAb生成；③糖皮質激素，如使用皮質醇治療aPAP，但上述治療的效果均不理想，回顧性研究顯示，血漿置換[69]及利妥昔單抗治療后，aPAP患者病情改善并不明顯[70]。皮質醇治療后，aPAP患者的病情反而惡化[19]。因此，以上方法均不能作為aPAP的常規治療手段，如需應用于難治性PAP患者，應在系統性評估后方可應用于臨床實踐。

3.4吡格列酮與他汀類藥物 吡格列酮與他汀類藥物均具有恢復AM脂質穩態的作用。PPARγ參與調節脂質和糖代謝，吡格列酮是PPARγ激動劑，用于治療各種類型高脂血癥和2型糖尿病。PAP動物模型(Csf2rb-/-小鼠)實驗顯示，吡格列酮治療PAP有效，吡格列酮治療6周后，基因敲除小鼠AM的ATP結合盒轉運蛋白G1表達增加，BALF渾濁度及膽固醇水平降低[71]。目前吡格列酮應用于PAP患者的臨床試驗正在開展中，結果尚不清楚[72]。

他汀類藥物廣泛用于高膽固醇血癥的治療。全肺灌洗反應不佳的aPAP患者在接受他汀類藥物治療數月后，肺功能與影像學結果改善顯著[73]。對aPAP患者AM的體外試驗發現，與健康人AM相比，他汀類藥物使aPAP患者AM的膽固醇含量降低40%，并可使ATP結合盒轉運蛋白G1表達增加，表明他汀類藥物可增加膽固醇外流。另有研究顯示，他汀類藥物治療6周后，PAP模型小鼠的BALF濁度下降，AM內膽固醇含量降低[70]。

3.5AM移植與肺移植 既往研究認為，骨髓移植可逆轉GM-CSF受體缺陷小鼠的PAP[73]。骨髓干細胞移植作為一種具有潛在價值的hPAP療法，目前其治療hPAP僅有個案報道[74]，且繼發感染、排異反應、藥物毒性等是骨髓干細胞移植的高危因素，而hPAP本身也是骨髓移植的并發癥之一[75]，故其療效有待進一步驗證。而AM移植作為一種細胞移植法，具有有效、安全、持久的特點，可能是更有效的治療hPAP的方案。譜系追蹤研究表明，AM可獨立于造血祖細胞及血液循環中的單核細胞，依賴肺部GM-CSF調節，維持數量的動態平衡[76]。將野生型或基因校正小鼠的骨髓分化巨噬細胞移植給GM-CSF受體亞單位基因敲除(Csf2rb-/-或Csf2ra-/-)hPAP小鼠模型后發現，模型小鼠的肺部病變顯著改善，PAP相關血清標志物水平、病死率均有所降低，且移植后的巨噬細胞存活1年以上，研究期間治療效果較好[77]。肺移植治療PAP的臨床經驗有限，但該操作創傷大、風險高，且患者持續存在免疫失調及潛在的基因突變，故存在術后復發的可能[78]。既往有肺移植后引發PAP的案例報道[79]，對于常規治療無效的難治性PAP患者，可考慮行肺移植。

3.6中醫藥療法 PAP可歸屬于中醫學的“肺痹”范疇，作為一種罕見病，“怪病多由痰作祟”，辨證分型主要為“痰瘀阻絡型”，治療上多選用化痰通絡的方藥[80]。有研究人員根據“肺主皮毛”的中醫理論，采用經皮給藥方式結合具有溫經化痰、行氣通絡功效的中藥進行外治，臨床觀察結果顯示，aPAP患者癥狀減輕、生存質量改善，具有較好的治療效果，可能是一種新型的PAP治療手段[81-82]。

4 小 結

隨著對PAP的不斷深入研究，人們對其發病機制及疾病分類的認識逐漸加深。GM-CSF信號異常導致AM功能異常和PS清除障礙是aPAP的根本機制。此外，某些誘因(如血液疾病、吸入性暴露)會導致sPAP，而hPAP較為罕見。全肺灌洗是目前PAP治療的首選，而GM-CSF療法(包括皮下注射和霧化吸入)具有應用前景，但尚缺乏其作為一線治療方法或與全肺灌洗聯合治療的研究證據。近年來，中醫藥療法在PAP治療中的潛在應用前景逐漸被發現，其有效性仍有待深入研究。期待未來依據PAP的發病機制，開發出創傷更小、更有效的新型療法。