肺泡蛋白沉着症

肺泡蛋白沉着症（Pulmonary alveolar proteinosis，PAP）是一种以肺泡表面活性物质积聚及肺泡表面巨噬细胞功能障碍为特征表现的综合征，其原因是肺泡巨噬细胞清除表面活性物质障碍或异常的表面活性物质产生所致。

PAP与各种环境因素的吸入暴露有关，如香烟烟雾、烟雾（如电焊产生的烟雾）、气体（如二氧化氮）、有机和无机粉尘、铝、纤维素纤维、二氧化钛和氧化铟锡^1-5。

1、除香烟烟雾外，大多数关于环境暴露的报告都是个案病例或小型回顾性病例，一般没有阐述暴露与PAP发生之间的因果关系。

2、1969年的一份关于138名PAP患者的报告发现，最常见的环境暴露是二氧化硅，共有10例患者⁶。随着工作场所引入防护设备，患者很少表现出“急性肺泡硅蛋白沉积症”的症状^1,7。

3、大鼠研究支持二氧化硅和PAP之间的联系，研究表明，吸入二氧化硅颗粒会破坏表面活性物质的稳态，并增加表面活性物质的积聚^8-9。

在大多数患者中，发病机制是由肺泡巨噬细胞中原发性PAP特征是粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）依赖性胆固醇的清除减少，从而损害了肺泡表面活性物质的清除。

1、肺泡稳态

（1）表面活性物质的组成、功能和代谢。

1）肺泡壁被一种被称为肺表面活性物质的液体薄膜所覆盖，其功能是在呼吸过程中降低表面张力和防止肺泡塌陷；肺表面活性物质对宿主抵御微生物病原体也很重要¹⁰。

2）表面活性物质由80%的极性磷脂分子（主要是饱和磷脂酰胆碱和其他含量较低的磷脂）、10%的中性脂质（主要是含有微量甘油三酯和游离脂肪酸的游离胆固醇）和10%的表面活性蛋白组成^11-12。

3）表面活性物质是肺泡表面的薄层物质，其平衡状态的维持（即表面活性物质稳态）受到肺泡Ⅱ型上皮细胞产生、分泌到肺泡腔以及通过Ⅱ型肺泡上皮细胞的循环或分解代谢或肺泡巨噬细胞的摄取和清除的严格调控（图1a）。

（2）GM-CSF：众多动物及人类实验研究为我们目前关于PAP发病机制的概念提供了信息，也证实GM-CSF是一种对表面活性物质稳定、肺泡稳定、肺功能以及先天性和获得性免疫宿主防御至关重要的细胞因子。

1）GM-CSF最初因其能够激活中性粒细胞和巨噬细胞集落形成而得名，是一种23kDa的糖蛋白细胞因子，由Ⅱ型肺泡上皮细胞等产生，与细胞表面受体结合，包括低亲和力的GM-CSF结合亚基CDw116和非结合的亲和力增强的CD131亚基^13-14。这两个亚基无内在信号传导活性¹⁵，但CD131在结构上可与酪氨酸蛋白激酶JAK2¹⁵相结合，后者参与细胞因子信号传导。

2）GM-CSF结合可通过多条途径激活JAK2、启动信号传导，包括信号转导和转录激活因子5（STAT5）¹⁶、转录因子PU.1（由SPI1编码）¹⁷、PPARγ¹⁸等的激活。PU.1¹⁸和PPARγ^19-20介导的GM-CSF信号传导是肺泡巨噬细胞形态和许多功能所必需的，包括胆固醇外排，表面活性物质清除，宿主防御等²¹。

2、原发性PAP的发病机制

（1）动物研究

1）PAP的发病机制仍不清楚，直到偶然发现敲除集落刺激因子2（粒细胞-巨噬细胞）基因可导致缺乏GM-CSF的小鼠（Csf2^-/-小鼠）发展成与人类PAP相同的疾病，其表现包括进行性表面活性物质积聚^22-23，肺泡巨噬细胞^17,24-26和中性粒细胞²⁷的功能损伤，以及多种病原微生物^25,28-39引起继发性感染的风险增加。

2）CSF2^−/−小鼠肺泡表面活性物质的积聚是由于肺泡巨噬细胞清除表面活性物质减少，而肺泡Ⅱ型上皮细胞产生的表面活性物质并没有增加⁴⁰，或者肺泡巨噬细胞本身不能内化表面活性物质⁴¹。缺乏集落刺激因子2（粒细胞-巨噬细胞）受体β链（Csf2rb^−/−小鼠）^42-43或集落刺激因子2（粒细胞-巨噬细胞）受体α链的基因敲除小鼠可发展为PAP，与儿童中观察到CSF2RA或CSF2RB突变导致的PAP相同^44-48。

3）通过移植野生型骨髓⁴⁹或将野生型骨髓来源的巨噬细胞直接注入肺内（肺巨噬细胞移植）修复了Csf2rb^−/−小鼠的肺泡巨噬细胞，这证实肺泡巨噬细胞是GM-CSF信号传导中断所致PAP发病机制中的细胞成分。IL3/CSF2基因敲除小鼠表达人IL-3和GM-CSF并由于消除小鼠GM-CSF而发生PAP，可植入人CD34+造血细胞，部分弥补PAP表型的人肺泡巨噬细胞的发育⁵⁰。

4）肺GM-CSF是小鼠肺泡巨噬细胞终末分化的关键调节因子，通过转录因子PU.1激活发挥作用¹⁷。

①转录因子PPARG激活GM-CSF对小鼠肺泡巨噬细胞的分化也是至关重要的¹⁸。Csf2^−/−小鼠肺泡巨噬细胞中，PPARG及其靶基因Abcg1的表达也有所降低，后者可编码ATP结合盒亚家族G成员1（ABCG1），这是一种在巨噬细胞胆固醇外排中起重要作用的跨膜脂质转运蛋白^51-53。因此，这一发现提示PAP的发病机制中存在胆固醇稳态失调^54-56。

②Abcg1^−/−小鼠还形成了一种类似PAP的肺表型，其特征是肺泡巨噬细胞和Ⅱ型肺泡上皮细胞中的胆固醇积聚和肺泡表面活性物质进行性积聚，从而证实了ABCG1在肺表面活性物质稳态中的关键作用^57-58。Csf2rb^−/−和Csf2ra^−/−小鼠的肺泡巨噬细胞PPARG和Abcg1的表达同样降低，导致酯化胆固醇（酯化是细胞用来隔离胆固醇的保护机制）大量积累在肺泡巨噬细胞的胞浆脂滴中；这种积累导致巨噬细胞出现泡沫状外观，并导致表面活性物质的摄取和清除继发性减少^21,59。

③对GM-CSF信号缺陷小鼠的相关研究表明，GM-CSF以一种结构性、可逆性和剂量依赖的方式调节胆固醇外排²¹。通过GM-CSF自身抗体（来源于PAP患者）被动免疫，在非人类灵长类动物中重现了自身免疫性PAP^60-61。

（2）人体试验

1）原发性PAP患者肺泡巨噬细胞SPI1¹⁹、PPARG⁵⁴和ABCG1⁵⁴的表达也降低，且由于含有酯化胆固醇的胞浆内脂滴的显著积聚，表面活性磷脂的积聚略有增加而出现泡沫状外观⁶²，与CSF2^−/−和Csf2rb^−/−小鼠相似。在原发性PAP和GM-CSF信号缺陷小鼠中，肺表面活性物质中胆固醇/磷脂比值异常升高^21,62，这对表面活性物质降低表面张力的生物物理性质有重要意义^63-65。

2）综上所述，人类和小鼠的研究表明，肺泡巨噬细胞中的GM-CSF-PU.1-PPARγ-ABCG1轴对维持表面活性物质的稳态至关重要，GM-CSF以一种组成性的、剂量依赖的和可逆性的方式调节巨噬细胞的胆固醇外排，但对于表面活性磷脂的清除并不是必不可少的（图1a）。

3）此外，人和鼠PAP与GM-CSF信号中断相关，肺泡巨噬细胞脂质代谢障碍主要是依赖GM-CSF的胆固醇流出速率显著降低，而不是磷脂分解代谢受损；表面活性物质清除率的降低是肺泡巨噬细胞泡沫化（富含酯化胆固醇的脂滴）摄取表面活性物质减少的继发结果⁶⁶（图1a）。

4）最后，人和鼠PAP中GM-CSF信号的丢失与肺泡表面活性物质中胆固醇/磷脂比率的显著增加有关，这与表面活性物质的功能有关。

（3）自身免疫性PAP的发病机制

1）自身免疫性PAP（以前称为特发性PAP）由靶向GM-CSF的自身抗体介导（图1b）。该机制受到多条证据链的支持。

①首先，自身免疫性PAP患者GM-CSF自身中和抗体水平较高^67-68，而在遗传性、继发性或先天性PAP、其他肺部疾病或健康人中不存在^69-73。

②第二，用自身免疫性PAP患者的高纯度GM-CSF自身抗体对健康的非人类灵长类动物进行被动免疫²⁷，再现了PAP的基本特征^60-61。

③第三，直接从PAP患者或从被动免疫的灵长类动物中分离出的GM-CSF自身抗体具有相同的GM-CSF中和能力^60-61。

④第四，存在GM-CSF自身抗体浓度“临界阈值”，浓度高于该值将会破坏肺泡巨噬细胞和血液白细胞中GM-CSF激活，并增加罹患PAP的风险^74-76。这一发现具有诊断意义，并与这些最初令人费解的观察结果相一致：

a 自身免疫性PAP患者的GM-CSF自身抗体水平与疾病严重程度无关^72,75，无自身免疫性PAP患者GM-CSF自身抗体普遍处于低水平^74-75,77。

b 非人灵长类动物经高纯度GM-CSF自身抗体（来源于PAP患者）被动免疫后⁶¹，无论是自身免疫性PAP患者还是健康对照组⁷³，GM-CSF的信号传导与血清GM-CSF自身抗体浓度在<5μgml^-1时呈负相关，浓度≥5μgml^-1时检测不到；因此，5μgml^-1是阻断GM-CSF信号传导所需的最低浓度。在完善血清GM-CSF自身抗体检验诊断价值的研究中，浓度≥5μgml^-1与自身免疫性PAP风险的增加密切相关⁷⁸。

⑤综上所述，这些结果提供了强有力的证据，表明GM-CSF自身抗体介导了自身免疫性PAP的发病机制，而不是该疾病的附带现象^60,74。

2）通过表征GM-CSF自身抗体评估自身免疫性PAP患者自身免疫反应的病因。

①它们由多克隆免疫球蛋白G组成（主要是亚类1和2，有微量的亚类3和4），靶向分布在GM-CSF分子中的多个表位，具有高结合亲和力（20pM，s.d. 7.5pM），高于生理水平浓度下的GM-CSF中和抗体，并有效阻断体内GM-CSF的信号传导^67,72-73。

②观察到自身抗体是多克隆的，排除了单克隆自身抗体参与每个患者的发病机制的可能性。多个免疫球蛋白可变区（V）基因的利用排除了首选的V基因的使用作为潜在的病理机制。多个非重叠GM-CSF表位的免疫靶向表明，自身抗体的形成是由GM-CSF驱动的，而不是由病原体相关的交叉反应表位驱动的。

③最后，GM-CSF自身抗体中大量体细胞突变的存在表明T细胞参与其中，并且GM-CSF特异性记忆B细胞在自身免疫反应的发展过程中多次重新进入生发中心，并在自身免疫应答的发展过程中多次发生体细胞突变和亲和力选择⁷⁹。

④GM-CSF自身抗体的多克隆特性对于发病机理可能也很重要，将抗人CDw116单克隆抗体或抗GM-CSF单克隆抗体作为人类风湿性关节炎的实验性治疗并没有导致数百名受试者患上PAP⁸⁰，而在人源化小鼠模型中，PAP患者的单克隆GM-CSF自身抗体可以中和人类GM-CSF，但前提是至少要联合注射三种非交叉竞争抗体⁸¹。

3）研究表明，自身免疫性PAP患者和GM-CSF缺乏小鼠依赖GM-CSF的中性粒细胞的功能降低，这解释了PAP感染风险增加的原因²⁷。

①其他研究表明，从PAP患者中分离的单克隆GM-CSF自身抗体可阻断激活的GM-CSFαM整合素（也称为CD11b）在全血中性粒细胞上的表达⁷⁹，这有望改变细胞粘附和募集。

②在健康个体中观察到GM-CSF自身抗体浓度与中性粒细胞吞噬功能呈负相关，提示GM-CSF自身抗体可能在生理上发挥作用，以限制这种细胞因子的促炎作用⁷⁵。这一概念得到了以下观察结果的支持：健康人和PAP患者中有99%以上的GM-CSF在体内与GM-CSF自身抗体结合⁷⁵。

（4）遗传性PAP的发病机制

1）一些报告证实遗传性PAP是由CSF2RA或CSF2RB的常染色体隐性突变引起的遗传性疾病，这些突变导致细胞表面蛋白表达减少^44-46,82-85。

2）某些情况下，突变基因已经被克隆，并可在体外重现缺陷，从而导致对信号传导异常展开了详细研究，并发展了几种基于生物标志物的新型诊断试验，这些试验能够识别任一受体链存在缺陷的患者^45,82-83。

3）重要的是，具有相同突变的家族成员之间疾病严重程度存在差异，这表明除了GM-CSF信号外，其他因素可能也很重要⁴⁵。

3、继发性PAP的发病机制

（1）各种医疗问题可导致继发性PAP^69-70。

1）与继发性PAP相关的全身性疾病包括恶性和非恶性血液系统疾病、非血液系统恶性肿瘤、免疫缺陷综合征、慢性炎症综合征和慢性感染。

2）慢性髓性白血病和骨髓增生异常综合征是最常报道的与PAP综合征相关的血液疾病^69,86-93。

3）与继发性PAP相关的免疫缺陷综合征包括胸腺淋巴细胞增生（胸腺淋巴细胞缺乏）⁹⁴、免疫球蛋白A缺乏³⁸、实体器官移植后免疫抑制⁹⁵和获得性免疫缺陷综合征（Acquired Immunodeficiency Syndrome，AIDS）⁹⁶。

4）赖氨酸蛋白不耐受（一种由SLC7A7突变引起的代谢紊乱，导致无法消化氨基酸赖氨酸、精氨酸和鸟氨酸）^97-98和甲硫酰-tRNA合成酶（MARS）^99-100突变的个体中也有继发性PAP的报道，尽管其潜在机制尚不明了。

（2）虽然继发性PAP的发病机制研究较少，但肺泡巨噬细胞的数量减少或功能受损可能会降低肺泡巨噬细胞清除肺表面活性物质的能力，从而促进继发性PAP的发生。一项动物研究支持该观点，有证据表明，化学耗竭诱导肺泡巨噬细胞数量减少后，表面活性物质池的大小（即个体肺中肺表面活性物质的含量）有所增加¹⁰¹。

4、先天性PAP的发病机制

（1）SFTPB、SFTPC和ABCA3的突变可破坏表面活性物质的生成和功能，并导致呼吸系统疾病，可在新生儿、儿童和成人中表现出来，且总是与肺纤维化和不同水平的表面活性物质积聚有关¹⁰。SP-B和SP-C是存在于表面活性物质磷脂层内的疏水肽¹⁰²。ABCA3是一种膜蛋白，参与脂质向Ⅱ型肺泡上皮细胞板层小体的转运，表面活性物质复合物在这里组装、加工和储存¹⁰³。

（2）携带隐性功能丧失的SFTPB纯合子突变婴儿可发生呼吸衰竭，并在出生后不久死亡¹⁰⁴。相比之下，携带隐性功能丧失的SFTPB等位基因杂合子的个体肺功能正常¹⁰⁵。

1）在新生儿、儿童和成人中，已知的SFTPC常染色体显性突变与间质性肺病（一组以各种方式影响肺间质的疾病，包括炎症和/或纤维化增加）有关^106-110。隐性功能缺失的ABCA3纯合子突变婴儿也会出现致命的表面活性物质缺乏，并在出生后不久死亡^111-112。

2）然而，一些ABCA3突变会导致与表面活性物质功能失调（缺乏磷脂酰胆碱）相关的ABCA3功能失调，导致大龄儿童和成年人罹患慢性呼吸道疾病^113-114。

3）这些ABCA3突变表明，ABCA3在表面活性物质磷脂稳态中起重要作用¹¹⁵。转录因子TTF1对肺发育以及SP-B、SP-C和ABCA3的表达至关重要。NKX2-1的单倍剂量不足会导致新生儿出现复杂的表型，包括甲状腺功能减退、脑异常以及急、慢性肺部疾病^116-117。

（3）SFTPB、SFTPC和ABCA3的小鼠基因敲除模型均出现肺部疾病，表现出人类中的相应疾病，并且在组织学上不同于GM-CSF缺乏小鼠的PAP^{102-103,118-119}。此外，合并严重免疫缺陷¹²⁰、肺组织IL-4¹²¹或IL-13¹²²过度表达和肺SP-D缺陷¹²³的小鼠也会发生PAP；综上所述，这些动物模型为表面活物质稳态和相关的纤维化过程提供了进一步的见解。

5、肺纤维化

（1）肺纤维化可以发生在引起PAP的疾病中，但可能是PAP中研究最少的表现，而且在发病率、病因和发病机制方面仍然知之甚少。它发生在一小部分自身免疫性PAP患者中，但比例不明，可能代表晚期或终末期肺部疾病的表现¹²⁴，但已被认为是全肺灌洗（WLL）、GM-CSF增强或氧疗^{120-121,125-126}的相关不良反应。

（2）有趣的是，在GM-CSF缺乏的小鼠的肺和肝脏中有纤维化的报道，这表明它可能与GM-CSF信号传导的中断有关，而不是与治疗相关的毒性¹²⁷。肺纤维化更常见于由ABCA3，SFTPB和SFTPC突变引起的表面活性物质生成障碍^{106-107,113,128-129}。

6、继发性感染

（1）感染是自身免疫性PAP相当常见的并发症，可以是发病时的表现，占归因死亡率的18-20%⁶⁹。PAP患者容易发生全身和局部感染的机制众多¹³⁰。原发性自身免疫性PAP，其GM-CSF自身抗体的存在影响肺泡巨噬细胞的终末分化及正常先天免疫功能的获得，包括粘附、吞噬、病原体识别受体的表达、微生物灭活和趋化因子分泌¹⁷。尽管中性粒细胞分化似乎不受GM-CSF信号中断的影响，但在自身免疫性PAP和GM-CSF缺陷小鼠中，循环中性粒细胞的基本功能能力，包括吞噬功能、细胞粘附、活性氧产生和杀菌活性，可能是由于体内依赖GM-CSF的结构性激活失败所致²⁷。

（2）继发性PAP患者肺泡巨噬细胞数量减少或功能受损增加了继发性感染的易感性，这种感染经常发生，且很大程度上可导致死亡^{87,90,131-132}。

因为多个术语的使用多变且不一致（包括PAP、肺泡脂蛋白沉积症、肺泡磷脂沉积症和肺泡磷脂蛋白沉积症），医学文献中关于PAP的报道分析复杂多样。尽管如此，一项研究对1958-1998年期间241个独立的初始出版物中描述的410份PAP病例进行综合回顾后发现，90%的患者被诊断为获得性PAP，其病因不明，与家族易感性无关，其特征是肺泡表面活性物质异常积聚和自然病史多种多样⁶⁹。

1、任何年龄、种族和地域的男性、女性及儿童均可罹患PAP，与社会经济地位无关尽管它在吸烟者中更为普遍；似乎没有实质性证据表明PAP的流行病学在全球存在差异。

（1）美国和日本这两个国家进行了大规模的人群研究^71,133，经统计后发现，在美国和日本的普通人群中，PAP的总体流行率至少为7例/100万人。但应将该数字视为最低估计值，因为PAP往往由于疾病轻微或被误诊为另一种更常见的疾病而长期未被确诊。

（2）在日本一项全国性的PAP登记研究中，最初报告了223名自身免疫性PAP患者⁷¹，1999-2016年间的登记研究累计识别出952例患者，其中877例（92%）为原发性PAP，71例（7.5%）为继发性PAP，4例（<1%）为未分类PAP；该队列中不包括先天性PAP。原发性PAP中872例为自身免疫性PAP，5例为GM-CSF受体缺陷所致遗传性PAP，分别占91.6%和<1%。根据十年内日本全国PAP登记研究中的数据，自身免疫性PAP年发病率为1.65。

2、自身免疫性PAP是研究最多的引起PAP的疾病，约占所有患者的90%^71,133。

（1）2008年日本国家PAP登记处的一份报告中显示⁷¹，自身免疫性PAP的年发病率和流行率分别为0.49例/100万人和6.2例/100万人，确诊时的中位年龄为51岁，男性与女性的比例为2.1：1.0。

（2）但2018年美国一项大规模人口研究的数据显示，所有PAP患者中，女性多于男性，为1：1.17⁶²。尽管吸烟被认为会增加患PAP的风险⁶⁹，但之前报道的217例自身免疫性PAP患者中，只有124人（57%）有吸烟史⁷¹。同样，尽管职业性吸入粉尘和/或颗粒物与自身免疫性PAP有关，但在199名自身免疫性PAP9患者中，只有52人（26%）存在这种暴露⁷¹；因此，自身免疫性PAP的潜在病因尚不清楚。

3、一系列规模较小的报告中已经描述，遗传性PAP是由CSF2RA或CSF2RB（分别编码GM-CSF受体-α亚基，也称为CDW116）和细胞因子受体共同β亚基（也称为GM-CSF/IL-3/IL-5受体共同β亚基或CD131）突变引起的^44-48,82-84。

（1）一项8名患者初始队列的研究显示，出现症状时的中位年龄为4.8±1.6岁，尽管有2名5岁和8岁的患者无症状⁴⁵。此外，报道指出有些患者成年后发病。

（2）这些研究的样本量非常小，因为遗传性PAP的患病率极低，在所有PAP病例中所占比例小于5%¹³³。

4、据报道，继发性PAP与各种基础疾病有关^{2-3,86-91,96,131-132,134-136}，这些疾病可使肺泡巨噬细胞的数量减少和/或功能受损而导致PAP⁷⁰。

（1）在一项报告了31例继发性PAP的研究中，男性和女性确诊时的中位年龄分别为53岁和58岁，男女比例为1.14：1.0⁸⁷。

（2）在与继发性PAP相关的各种基础疾病中，血液学疾病尤其是骨髓增生异常综合征是最常见的原因。

5、据报道，新生儿、婴儿、儿童、青少年和成人的先天性PAP与表面活性物质正常生成所需基因的突变有关，包括SFTPB和SFTPC（编码肺表面活性物质相蛋白B（surfactant-associated protein B，SP-B）和SP-C），ABCA3（编码ATP结合盒亚家族A成员3（ABCA3））和NKX2-1（编码甲状腺转录因子-1（TTF1））^{104,106-107,111,113,128-129,137}。根据美国和丹麦的数据，表面活性剂生成障碍的发生率估计从ABCA3缺乏的每年约1/3000人至SP-B缺乏的每年1/170万人不等¹³⁸。

PAP可发生在一组机制不同的异质性疾病中，这些疾病由表面活性物质清除受损或表面活性物质生成异常所致。表面活性物质清除障碍的疾病分为原发性PAP和继发性PAP。基于其发病机制、临床表现、诊断、处理和治疗方案的异同，PAP分为原发性、继发性或先天性（表1）¹³⁹。

1、原发性PAP特征是粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）信号传导中断，其GM-CSF信号中断导致肺泡巨噬细胞和中性粒细胞功能障碍；原发性PAP进一步分为自身免疫性PAP（由GM-CSF自身抗体水平升高引起）或者遗传性PAP（由编码GM-CSF受体亚单位的CSF2RA或CSF2RB突变所致）。

2、各种基础疾病所致的继发性PAP，继发性PAP是由于疾病、环境暴露或药物使肺泡巨噬细胞数量减少和/或功能受损所致。

3、先天性PAP（由表面活性物质生成有关的基因突变所致）。先天性PAP包括表面活性物质生成障碍（也称为肺表面活性物质代谢功能障碍），这是一组由编码表面活性物质蛋白或参与表面活性物质生成或肺发育的蛋白基因突变引起的疾病。

4、在极少数情况下，PAP的病因不能归因于已知的原因，该患者则被诊断为未分类的PAP。