肺泡蛋白沉积症研究进展

肺泡蛋白沉积症（pulmonary alveolar proteinosis，PAP）是一种少见的疾病，病因未明。1958年由罗森（Rosen）首先描述报道，以肺泡及小气道内沉积大量可溶性的磷脂蛋白样物质为主要病理特征，过碘酸雪夫（periodic acid Schiff，PAS）反应阳性，临床表现和病程进展多样。从新生儿到老年人均可发病，呈世界性分布，90％以上病例为特发性。近年来，随着对GM-CSF研究的深入，目前对PAP有了进一步的认识，本文主要就特发性PAP的发病机制、诊断及治疗进展作一综述。

一、分类

目前根据PAP的发病机制及临床特征分为三类：先天性、特发性及继发性PAP。先天性PAP主要表现为新生儿严重的低氧血症，是一种常染色体隐性遗传性疾病，多由编码表面活性物质蛋白B或GM-CSF受体β链基因突变所致。继发性PAP为继发于其他系统疾病或与吸入某些物质有关，主要与肺泡巨噬细胞的数量减少和/或功能损害有关，多与免疫缺陷和某些恶性肿瘤（尤其是血液系统）相关，部分患者有化学物质和粉尘接触史如铝尘、钛、药物及硅尘吸入等。而90％以上PAP病例为特发性。目前研究显示：特发性PAP为一种自身免疫性疾病，由于出现GM-CSF自身中和性抗体，与GM-CSF特异性结合，阻断了GM-CSF功能的发挥，导致肺泡巨噬细胞功能改变，使肺泡表面活性物质清除下降所致。

二、发病机制

1、GM-CSF是肺表面活性物质重要的调节因子。目前研究表明：PAP是肺泡表面活性物质代谢异常而引起的，由于肺泡巨噬细胞功能受损，肺泡表面活性物质清除功能下降所致。

1.1正常肺泡表面活性物质的组成与代谢：表面活性物质是脂类和蛋白质的复合物，在哺乳动物中呈稳态表现。其中磷脂约占80％，其它脂类（胆固醇、甘油三酯、自由脂肪酸）占8％，蛋白质占12％。表面活性相关蛋白（SP）有4种：SP-A、SP-B、SP-C、SP-D。在稳态代谢中，表面活性物质磷脂的半衰期约为4~10小时，其中约50％在肺泡Ⅱ型上皮细胞

中再循环利用，而通过肺泡巨噬细胞的代谢和Ⅱ型肺泡上皮细胞的重吸收利用是其主要的清除途径。传统理论上认为这种代谢主要在Ⅱ型肺泡上皮细胞内完成的。最近应用放射显影示踪技术对大鼠的研究表明：大约50％表面磷脂及SP-A的代谢在肺泡巨噬细胞内完成。

1.2GM-CSF和肺表面活性物质稳态：GM-CSF是肺表面活性物质重要的调节因子，GM-CSF的存在对维护肺表面活性稳态是不可少的。

首先认识到GM-CSF在肺表面活性物质稳态的重要作用的实验是应用定向基因敲除技术在实验鼠中发现的。1994年，两个独立的实验室先后通过靶位基因敲除的方法产生GM -/- 鼠以观察对血液系统的影响。在血液学家看来，GM -/- 鼠未出现造血系统的紊乱，唯一的器官改变是肺内表面活性物质磷脂和蛋白的蓄积，肺切片中存在大量的富含包涵体、泡沫状、增大的肺巨噬细胞。为进一步了解GM-CSF的作用，Robb等将编码鼠GM-CSF受体Rβc的基因摘除，以获得GM-CSF Rβc -/-的动物模型，结果其肺部病理变化与GM -/- 鼠完全一致。进一步证明GM-CSF不能发挥作用时会出现类似PAP的肺部病理特征。

为了证明GM-CSF在肺部表面活性物质稳态的重要作用，Huffman等应用人SP-C启动子在GM -/- 鼠肺上皮细胞选择性表达GM-CSF，结果由于GM-CSF的表达完全纠正了由于靶基因敲除内源GM-CSF基因所导致的PAP。另外吸入GM-CSF或应用腺病毒基因载体使GM-CSF表达均可纠正GM -/- 鼠肺PAP的病理变化［7,8］，从而从另一侧面证明了GM-CSF在肺表面活性物质调节的重要作用，GM-CSF的存在和作用对肺表面活性物质的稳态是必不可少的。

对GM -/- 鼠的进一步研究表明：SP-A、SP-B、SP-C的mRNA浓度与对照组无明显改变，表面活性物质的分泌亦未增加，说明GM -/- 鼠肺表面活性物质的蓄积不是由于合成分泌增加导致的，而是由于肺泡巨噬细胞对表面活性物质的代谢清除障碍所致。

2、GM-CSF与肺巨噬细胞功能的关系

GM-CSF与肺巨噬细胞功能关系密切。病理结果显示： GM -/-及GM Rβc-/-鼠的肺组织中肺泡巨噬细胞体积增大，成泡沫状，含有大量有磷脂和蛋白组成的包涵体。在功能方面，体外研究表明：从GM -/- 鼠中新分离的肺巨噬细胞在降解SP-A和磷脂酰胆碱方面存在明显缺陷，而且从GM -/- 鼠获得的原始肺巨噬细胞及传代培养的巨噬细胞，在趋化性、细胞黏附性、抗原识别受体的表达、吞噬能力、对微生物杀伤能力等免疫功能方面明显受损。Ⅱ型肺泡上皮细胞、肺泡巨噬细胞表面均有GM-CSF受体，而GM-CSF的靶细胞为肺巨噬细胞，因为在GM Rβc-/-鼠中，二种细胞对GM-CSF均无反应。移植正常大鼠骨髓能够纠正GM Rβc-/-对肺表面活性物质的代谢，而骨髓移植仅能够恢复受体鼠肺巨噬细胞功能而不是肺Ⅱ型上皮细胞，因此肺巨噬细胞是GM-CSF作用的主要靶位细胞。

总之，从动物实验中可知，GM-CSF在肺表面活性物质稳态中起重要的作用。GM -/- 鼠肺表面活性物质的积聚是由于肺巨噬细胞对其代谢障碍而不是其分泌增加的结果。

3、GM-CSF在特发性PAP患者中的作用

动物实验表明：GM-CSF在维持肺表面活性物质稳态中起了关键作用。GM-CSF不足或功能缺陷会出现PAP肺部病理特征。但到目前为止，在特发性PAP患者中没有发现GM-CSF或其受体的基因突变，相反在特发性PAP患者肺灌洗液及血浆中却发现了GM-CSF中和性抗体浓度的升高。1999年，日本学者Tanaka及同事首次发现11例特发性PAP患者肺灌洗液中存在一种GM-CSF依赖性的因子，该因子可抑制肺巨噬细胞的活性，进一步的研究证明此因子为内源性的抗GM-CSF自身中和性抗体，为多克隆IgG(IgG1和IgG2)。而Bonfield等在检测了特发性PAP、先天性PAP、继发性PAP、其它肺疾病患者及正常健康对照组肺灌洗液及血浆中GM-CSF中和性抗体，结果显示：特发性PAP患者肺灌洗液及血浆中GM-CSF中和性抗体明显升高，其余各组未检测到。而且这种抗体的出现与GM-CSF的生物活性的抑制有明显相关性。因此，GM-CSF中和性抗体封闭了GM-CSF的作用，以致于影响了肺泡巨噬细胞的功能，致使肺表面活性物质的稳态失衡而导致了典型的PAP病理特征。因此鉴于GM-CSF中和性抗体在特发性PAP发病机制中的作用，说明了特发性PAP属于自身免疫性疾病。

先天性PAP被认为是一种常染色体隐性遗传病，与相关基因突变有关。目前研究表明：先天性PAP是由于编码SP-B基因（位于2号染色体）、GM-CSF基因（5号染色体）及GM-CSF受体基因（22号染色体）突变所致。SP-B基因有两个位点突变，一个在121位密码子处三个碱基（GAA）被替换为核苷酸C的框架移位突变和在（122delT）一个碱基对的缺失，产生了一个提前出现的终止密码子，进而导致了表面活性物质中的SP-B的缺失。而对GM-CSF/IL-3/IL-5共同的受体单位βc基因进行DNA分析发现在密码子603处发生点突变，导致脯氨酸变为苏氨酸，由于GM-CSF的缺乏或GM-CSF受体的功能降低，致GM-CSF不能正常发挥作用，进而导致肺巨噬细胞功能障碍，使肺表面活性物质稳态紊乱。但上述基因突变在先天性PAP病因中仅占一小部分，有关机制还有待于进一步的研究阐明。

继发性PAP是由于暴露于硅或钛等矿物质、患血液系统恶性肿瘤及免疫抑制性疾病出现的一种少见的肺部并发症。其具体的发病机制不明，有待于进一步的研究阐明。

三、临床特征

1、流行病学特点：PAP是一种少见病，见于各年龄组。目前的资料显示发病率为1/2百万人口，患病率为3.7/百万人。男性患者占大多数，男女比例约为2～4：1，72％患者有吸烟史，平均发病年龄为39岁，到出现明显临床症状时间平均为7个月，有25％病例为2年或更长。

2、临床表现：PAP临床表现多种多样，无特异性。这种非特异性的临床特征导致了数月有时数年的误诊，甚至30％患者无临床症状。在临床症状方面，呼吸困难和咳嗽是最常见的症状。呼吸困难经常在轻度劳累后发作，少数患者在休息时亦会出现。其它症状如发热、体重减轻、胸痛及咯血也有时会出现。通常体格检查是正常的，吸气末的爆裂音是最常见的异常体征，杵状指及紫绀在个别病例中有所报道。

3、肺功能；PAP患者的肺功能可以正常。典型的肺功能异常为限制性通气功能障碍和弥散障碍。在对410例PAP患者研究中，D2CO比预计值下降了47％，FEV1、VC、TLC有轻至中度的限制性异常。上述异常在有效治疗如全肺灌洗或自然缓解的PAP患者中部分可以逆转。

4、影像学改变：PAP胸片上无特异性的影像特征。多为非特异性的肺泡实变影，通常为双边的片状分布，有时为结节、斑片及大片影。大片影以双下肺为主，病变以肺门为中心向肺野呈对称或不对称分布有时可形成“蝶翼”征，类似肺水肿表现。CT多表现为磨玻璃影或斑片状影，合并有网状阴影，其典型表现为多发片状阴影，呈地图样分布，边缘多清晰锐利，呈直线状或弧状，有的边缘呈角，形成三角形、多边形。高分辩率CT典型表现呈“碎石路”样征象，显示其广泛的肺泡内实变、增厚的肺泡间隔，显示所谓的垢积（crazy-paving）征，过去曾经认为垢积征是PAP特异性的，但在某些其它的情况下，如类脂性肺炎、细支气管肺泡细胞癌等疾病中，胸部CT也有着同样的征象。

5、实验室检查：低氧血症是有症状PAP患者普遍的现象。在PAP患者中，一般常规检查及生化指标无异常，某些特殊生化指标明显异常。有研究报道：在特发性PAP患者中，血清GM-CSF自身抗体明显升高，且对特发性PAP诊断的敏感性和特异性分别达到100％和98％，而在正常人中的滴度很低。LDH在PAP患者中也有所升高，被认为是一种非特异性的血清学指标。LDH增高的PAP患者其水平与血氧水平相关，并在接受灌洗治疗后下降。因此LDH与PAP患者的疾病严重程度密切相关。CEA是一种恶性肿瘤的血清学指标，研究发现：CEA在PAP患者血清中也有所增高，并与LDH及P(A-a)O2相关。徐等对17例PAP患者血清CEA的检测显示：52.9％的PAP患者血清CEA浓度升高，并与疾病的严重程度相关。另外，PAP患者其他一些指标如细胞角蛋白19片段、糖蛋白KL-6、表面活性物质A、B、D及肺泡灌洗液中单核细胞粘附蛋白1等的临床意义有待进一步探讨。

四、诊断

根据患者的病史、年龄、临床表现、肺功能，尤其是胸片及CT能提示诊断。特发性PAP多见于成年人，而先天性PAP以儿童为主，继发性PAP可见于任何年龄组，但以成年人为主，主要是继发于血液系统恶性肿瘤、免役抑制性疾病及与硅、铍等接触者。以往70％的病例是开胸肺活检而确诊的。近来随着影像学技术的发展及纤支镜的应用，75％以上的病例能够通过肺泡灌洗液得到确诊。典型肺泡灌洗液呈乳状或浓稠浅黄色液体，放置后分层。光镜下见大量形态不规则、大小不等的嗜酸性颗粒状脂蛋白样物质，PAS染色阳性。在电镜下这些物质是由大量大小不等的细胞碎片、表面活性物质颗粒及其他一些蛋白样物质组成，这些颗粒具有同心圆排列的结构。在近年研究中发现大多数PAP患者血清及肺泡灌洗液中表面活性物质SP-A和SP-D异常升高，故临床测定血清和肺泡灌洗液SP-A和SP-D有助于PAP的诊断。而最近研究表明在特发性PAP患者血清中存在GM-CSF自身抗体升高，检测血清GM-CSF自身抗体对特发性PAP诊断敏感性为100％，特异性为98％。因此可以将其作为诊断特发性PAP的血清学指标。总之，PAP的确诊仍以病理诊断为标准。尽管经纤支镜肺活检及胸腔镜肺活检能够诊断PAP，但开胸肺活检仍是诊断PAP的金标准。

五、治疗

PAP的治疗是基于其病因而进行的。目前对于先天性PAP患者的治疗仅以支持为主，但有肺移植治疗成功的报道。继发性PAP的治疗包括有效的原发病情的控制及治疗，如继发于血液系统恶性肿瘤患者有效的化疗或骨髓移植能改善患者肺部的情况，而对于特发性PAP最有效的治疗方法是全肺灌洗，以去除肺泡脂蛋白样物质。该方法并非从根本上进行治疗，仍有少数PAP患者病情呈进行性进展，最终死于呼吸衰竭。随着对PAP发病机制研究的不断深入，对PAP的治疗又出现了一些新的方法。

1、GM-CSF的治疗：GM-CSF是肺表面活性物质的重要调节因子。GM-CSF缺乏小鼠模型提示GM-CSF与PAP的发病密切相关。GM-CSF的替代治疗有可能代替传统的全肺灌洗治疗。国外二阶段的前瞻性的研究说明GM-CSF治疗PAP的有效性。第一阶段为1995年到1998年，14例PAP患者进行了皮下注射GM-CSF（剂量为5microg/kg/日），为期6到12周，5例患者肺泡动脉氧梯度([A-a]D O2) 平均改善了23.2mmHg，4例无反应的PAP患者继续接受20microg/kg/日GM-CSF的治疗后，其中一人有反应，结果总的反应率为43％。1998年进行的第二阶段研究中，4例每天进行皮下注射GM-CSF，并逐渐增加剂量至12周，其中3例疗效明显，在治疗16周后进行的疗效评价中，其临床症状、生理及影像情况明显改善，[A-a]D O2由最初的48.3mmHg平均降至18.3mmHg。而日本学者应用GM-CSF吸入治疗一例57岁特发性PAP女性患者也取得了明显疗效，弥散能力增强，说明尽管应用途径不同，而GM-CSF治疗PAP的确是一种有效的方法。

2、血浆置换：血浆置换常常用于免役失调疾病的治疗。目前认识到特发性PAP患者血浆中GM-CSF中和性自身抗体的滴度比较高，影响了GM-CSF的功能。血浆置换的目的是去除过多的GM-CSF中和性自身抗体而发挥治疗作用。Bonfield等曾对一例PAP患者经过全肺灌洗及GM-CSF治疗失败的病例进行了血浆置换治疗。该患者血浆GM-CSF抗体的滴度为1：6400，在经过10次历时2个月血浆置换治疗后，其GM-CSF抗体滴度降为1：400，临床症状、胸部影像学及氧合明显提高，呼吸室内空气状态下其PaO2为75mmHg。因此血浆置换亦是治疗PAP有效的一种方法。

3、基因治疗：基因治疗主要应用于特定基因缺陷的患者。先天性PAP患者表面活性蛋白B缺乏或GM-CSF/IL-3/IL-5共同的受体单位β链基因突变，基因治疗可能是将来有效治疗手段的选择。应用腺病毒载体将GM-CSF基因转染GM-CSF缺乏小鼠并选择性地表达GM-CSF，结果能改善小鼠肺泡蛋白样物质的含量，缓解症状。而在人上皮细胞体外试验和小鼠体内试验中，将带有SP-B和SP-A的DNA转染细胞体内，结果均有相应的表面活性蛋白的表达，因此上述试验提示基因治疗可能成为有效治疗PAP的有发展前景的手段之一。

4、其它：有研究显示：βc基因突变小鼠应用骨髓移植可逆转肺部的病理改变，而应用同种异体造血干细胞移植治疗某些继发性PAP也有成功病例的报道，但上述方法的疗效还有待进一步的评价和探索。

六、研究展望

PAP是一种少见病。近年来的研究结果显示: 特发性PAP患者存在GM-CSF中和性自身抗体而认识到特发性PAP为一自身免疫性疾病而成为可能，而GM-CSF中和性自身抗体对GM-CSF的信号传导通路的影响及信号分子功能障碍对PAP发病机制的影响将是以后研究的方向，由此会带来PAP治疗策略的根本改变。