周永蔚,陳 忠
(熱帶動(dòng)植物生態(tài)學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,海南師范大學(xué),海南???71158)
法氏囊(Brusa of Fabricius,BF)為鳥類特有的中樞免疫器官,從胚胎期便開始發(fā)育,通常在個(gè)體性成熟后逐漸退化。禽類體內(nèi)唯一能產(chǎn)生抗體的B淋巴細(xì)胞,是在BF 中分化、成熟的,分化完全的B淋巴細(xì)胞繼而從BF 中遷移至外周免疫器官,并執(zhí)行其重要的免疫功能。近年來,隨著禽類養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展和研究的深入,對BF 這一重要器官的研究已經(jīng)不再局限于組織形態(tài)的發(fā)育,更著重從細(xì)胞分子水平上研究其生理功能,這對動(dòng)物生產(chǎn)以及相關(guān)疫病的防治具有重要的意義。
禽類BF一般呈空囊樣結(jié)構(gòu),位于泄殖腔背側(cè),通過一小管與泄殖腔相連接,也有報(bào)道稱非洲鴕鳥BF位于泄殖道和糞道后段的背側(cè),呈圓形囊狀穹窿,不形成真正的囊[1]。BF 的結(jié)構(gòu)與消化道結(jié)構(gòu)相似,從內(nèi)到外分別為:粘膜層、粘膜下層、肌層和漿膜層;粘膜結(jié)締組織組成的褶皺通常由兩層BF 濾泡構(gòu)成,而BF的發(fā)育主要在于濾泡的發(fā)育。
BF發(fā)生較早,由早期胚胎內(nèi)胚層分化形成,但BF結(jié)構(gòu)發(fā)育完善則是在孵化后。國外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),粘膜上皮細(xì)胞在雞胚胎BF 原基出現(xiàn)的時(shí)間為雞胚胎形成后的4~5d(E4-E5),造血細(xì)胞定植在BF中的時(shí)間是在E6.5~E14,于E12~E14形成淋巴濾泡,而在E15 進(jìn)行了濾泡相關(guān)上皮細(xì)胞的分化,濾泡皮質(zhì)區(qū)發(fā)育的完善則是在孵化后[2-3]。Islam 等[4]在研究孟加拉原雞淋巴器官中免疫球蛋白陽性細(xì)胞的發(fā)育時(shí),發(fā)現(xiàn)IgM 陽性淋巴細(xì)胞在BF中首次出現(xiàn)的時(shí)間為E10,IgG 陽性淋巴細(xì)胞在BF最早出現(xiàn)的時(shí)間為E20,而在胚胎期未觀察到IgA 陽性淋巴細(xì)胞的出現(xiàn)。王瑩等[5]在對12~19胚齡的雞胚和1日齡的雛雞BF進(jìn)行組織學(xué)動(dòng)態(tài)連續(xù)觀察時(shí)發(fā)現(xiàn),雛雞1日齡BF 黏膜皺襞中淋巴濾泡數(shù)量相比胚胎時(shí)期明顯增多,濾泡內(nèi)細(xì)胞數(shù)量也顯著增多,但濾泡皮質(zhì)和髓質(zhì)界限不清,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)和髓質(zhì)的完全發(fā)育是在孵化后。因此,BF組織結(jié)構(gòu)及功能的完善在胚胎階段并沒有完成,而是在后天進(jìn)一步分化和完善的[6-7]。
BF與胸腺類似,在禽類性成熟后逐漸退化消失,而對于BF退化的具體機(jī)制現(xiàn)今還未知。BF 作為B淋巴細(xì)胞成熟與分化的場所,而B 淋巴細(xì)胞一旦成熟便會(huì)遷出BF進(jìn)入外周免疫器官行使其免疫功能。因此,一旦完成了B 淋巴細(xì)胞成熟分化的使命,BF可能因?qū)C(jī)體不再“重要”而逐漸退化。也有學(xué)者認(rèn)為,BF的退化可能與BF中某些激素含量的減少有關(guān)。Méndez等[8]在研究BF 發(fā)育是否與生長激素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)并認(rèn)為法氏囊中生長激素的減少可能與法氏囊的退化有關(guān)。
BF生理功能發(fā)育主要在于B 淋巴細(xì)胞的發(fā)育以及一些免疫活性因子的分泌。B淋巴細(xì)胞的正常發(fā)育是機(jī)體進(jìn)行免疫應(yīng)答的前提,而BF 中免疫活性因子的分泌則是確保BF結(jié)構(gòu)和功能良好發(fā)育的重要保障。
BF作為禽類特有的免疫器官,同時(shí)也是B 淋巴細(xì)胞成熟和分化的部位,其功能與體液免疫相關(guān)。B細(xì)胞分化成熟可分為兩個(gè)階段:非依賴抗原物質(zhì)刺激的分化階段和依賴抗原物質(zhì)刺激的分化階段[7]。非依賴抗原物質(zhì)刺激的分化階段指從骨髓來的淋巴干細(xì)胞經(jīng)血液循環(huán)流經(jīng)BF,在BF 中相關(guān)因子的作用下,誘導(dǎo)分化為干細(xì)胞,再進(jìn)一步分化為前體B淋巴細(xì)胞,此時(shí)前體B 淋巴細(xì)胞定位在BF 濾泡中的髓質(zhì),然后變小并在皮質(zhì)中進(jìn)一步成熟分化為B淋巴細(xì)胞;最后通過循環(huán)系統(tǒng)從BF離開,遷移至外周淋巴組織如脾臟、盲腸、扁桃體和其他淋巴組織中定居,并且繼續(xù)增殖。依賴抗原物質(zhì)刺激的分化階段則是當(dāng)B 淋巴細(xì)胞遭受抗原物質(zhì)的刺激后迅速增生,轉(zhuǎn)變?yōu)闈{細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的抗體參與體液免疫的過程。
存在于BF中的免疫活性因子主要為從BF 組織液提取的活性肽和細(xì)胞因子。目前提取出的BF活性肽大多由10個(gè)以下的氨基酸分子組成,分子量一般不超過5kD;現(xiàn)今對于BF 活性肽的認(rèn)識(shí)還僅局限于其對機(jī)體免疫功能有一定的促進(jìn)作用,而對于具體的分子機(jī)制知之甚少。而細(xì)胞因子分子量大多數(shù)大于10kD,多由100左右個(gè)氨基酸分子組成,且細(xì)胞因子往往是需要與靶細(xì)胞上的特異性受體結(jié)合來實(shí)現(xiàn)其生物學(xué)效應(yīng)。
2.2.1 BF活性肽 三肽囊素(Bursin)是氨基酸序列為Lys-His-Gly-NH2的一種三肽,由雞BF 提取液純化所得,也是最早發(fā)現(xiàn)存在于BF 中的活性肽。三肽囊素可促進(jìn)BF 中濾泡及B 淋巴細(xì)胞的發(fā)育、增殖,進(jìn)而提高抗體水平,增強(qiáng)機(jī)體免疫力。Otsubo等[9]通過免疫組織化學(xué)技術(shù)對BF 中三肽囊素進(jìn)行定位,并探討了三肽囊素在雞BF 發(fā)育過程中的作用,發(fā)現(xiàn)三肽囊素可促進(jìn)對BF 中IgM+淋巴細(xì)胞的生成。而在環(huán)磷酰胺誘導(dǎo)的雞免疫功能抑制雞實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),三肽囊素可顯著抑制環(huán)磷酰胺所誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡,且主要是通過對BF 功能的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)其對外周免疫器官的免疫調(diào)節(jié)作用[10]。
BF抗類固醇活性肽(Bursal anti-steroidogenic peptide,BASP)來自于雞BF 提取液中的酸性溶液,對體外培養(yǎng)的顆粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的增殖具有抑制作用,且能抑制類固醇的合成[11]。研究證明BASP與組蛋白H1具有結(jié)構(gòu)同源性,通過對BASP和組蛋白H1進(jìn)行質(zhì)譜氨基酸測序,發(fā)現(xiàn)兩者存在一定聯(lián)系;牛胸腺組蛋白H1能抑制雞絲裂原刺激的B淋巴細(xì)胞增殖,而BASP抑制B淋巴細(xì)胞增殖的模式與H1 類似[12],因此,可以認(rèn)為BASP 與組蛋白H1具有類似生物活性。
BF提取物中除了研究較多的三肽囊素和抗類固醇活性肽外,通過超濾濃縮、反向高效液相和質(zhì)譜結(jié)合技術(shù)[13],還從BF 提取物中分離出分子量小于1kD的9種BF多肽:一種區(qū)別于三肽囊素的BF三肽(BTP)、BF 五肽1(BPP-Ⅰ)、BF 五肽2(BPP-Ⅱ)、BF 五肽3(BPP-Ⅲ)、BF 五肽4(BPP-Ⅳ)、BF五肽5(BPP-Ⅴ)、BF 六肽(BHP)、BF 七肽1(BSP-Ⅰ)、BF七肽2(BSP-Ⅱ)。通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)某些BF提取物中的多肽可對機(jī)體免疫反應(yīng)進(jìn)行不同程度的調(diào)節(jié),如BPP-Ⅰ、BPP-Ⅱ、BSP-Ⅰ和BSP-Ⅱ可促進(jìn)機(jī)體中抗體以及某些細(xì)胞因子水平增加,而BTP 和BPP-Ⅲ則不能明顯地影響抗體和細(xì)胞因子水平[14]。
目前對BF活性肽的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足,對于BF提取物中的活性肽是否具有廣泛的免疫調(diào)節(jié)作用以及相應(yīng)的分子調(diào)節(jié)機(jī)制還有待進(jìn)一步探究。隨著對BF活性肽作用機(jī)制的研究、臨床試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用開展,BF活性肽也許能成為提高機(jī)體免疫功能的高效佐劑。
2.2.2 細(xì)胞因子 細(xì)胞因子(Cytokine)是指由免疫細(xì)胞(如淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞)和非免疫細(xì)胞(如樹突狀細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞)產(chǎn)生的具有高效性、多功能的蛋白或多肽分子。細(xì)胞因子通常在機(jī)體中分泌量較少,卻可以與特定細(xì)胞受體結(jié)合,在低濃度下發(fā)揮其免疫功效,是機(jī)體免疫功能不可或缺的物質(zhì)。根據(jù)細(xì)胞因子的生物學(xué)效應(yīng)和結(jié)合受體類型,通??蓪⑵浞诸悶榘准?xì)胞介素、干擾素、腫瘤細(xì)胞壞死因子、集落刺激因子、趨化因子以及生長因子和轉(zhuǎn)化生長因子。在BF中可通過自分泌產(chǎn)生的細(xì)胞因子類型主要是白細(xì)胞介素和腫瘤壞死因子。
白細(xì)胞介素(Interleukin,IL)具有廣泛的生物學(xué)活性,能夠促進(jìn)淋巴細(xì)胞的增殖和分化,增強(qiáng)自然殺傷細(xì)胞(Natural killer cell,NK)的殺傷效應(yīng)和機(jī)體的抗感染能力。而在BF中發(fā)現(xiàn)的白細(xì)胞介素主要有IL-1、IL-6、IL-10、IL-12[15]。在脂多糖誘導(dǎo)BF炎癥反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)BF 濾泡細(xì)胞中有IL-1、IL-6相應(yīng)mRNA 的表達(dá)[16],從而證明了BF 具有自行分泌IL-1、IL-6的能力。
IL-1主要由巨噬細(xì)胞分泌產(chǎn)生,可促進(jìn)T 細(xì)胞和B細(xì)胞的增殖和分化,并促進(jìn)炎癥反應(yīng)。IL-1通常與先天性免疫密切相關(guān),并且在調(diào)節(jié)系統(tǒng)性的綜合炎癥反應(yīng)中,與腫瘤壞死因子共同調(diào)節(jié)起著重要作用[16]。由于IL-1 對炎癥反應(yīng)的加劇作用,目前已有大量研究利用IL-1抑制劑如IL-1受體拮抗劑來治療某些炎癥性疾病。
IL-6主要由淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞分泌產(chǎn)生,誘導(dǎo)B細(xì)胞的增殖和分化,提高NK 細(xì)胞活性,刺激造血細(xì)胞的生成。研究顯示IL-6能夠協(xié)同G-CSF(粒細(xì)胞集落刺激因子)通過激活STAT3信號(hào)途徑增強(qiáng)中性粒細(xì)胞的功效,進(jìn)而促進(jìn)腫瘤血管的生成[17]。同時(shí),IL-6通常是與IL-21共同調(diào)控來促進(jìn)B細(xì)胞發(fā)育及其免疫功效的[18]。
IL-10和IL-12可由B 細(xì)胞和巨噬細(xì)胞分泌產(chǎn)生,IL-10可刺激肥大細(xì)胞及其祖細(xì)胞的分化,同時(shí)可促進(jìn)B細(xì)胞的增殖;IL-12則能誘導(dǎo)多種細(xì)胞因子的產(chǎn)生,如干擾素-γ(Interferon-γ,IFN-γ),同時(shí)能激活NK 細(xì)胞和T 細(xì)胞,使其發(fā)揮免疫效應(yīng),IL-12在先天性免疫和獲得性免疫中起連接作用。李煥榮等[19]在豬繁殖與呼吸綜合征病毒(PRRSV)和豬圓環(huán)病毒2型(PCV2)共感染健康仔豬的研究中,對仔豬肺泡巨噬細(xì)胞中的IL-10 和IL-12 mRNA 轉(zhuǎn)錄水平的變化進(jìn)行了定量測定,發(fā)現(xiàn)兩者mRNA 水平在共感染早期便是處于一個(gè)較高的水平,進(jìn)一步證明了IL-10和IL-12 在機(jī)體細(xì)胞免疫中起著重要作用。
腫瘤壞死因子(Tumor necrosis factor,TNF)可由單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及T 細(xì)胞產(chǎn)生,具有調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能,促進(jìn)腫瘤細(xì)胞壞死的功能,同時(shí)還能介導(dǎo)組織損傷、炎癥等病理反應(yīng)。與哺乳動(dòng)物相比,在禽類中腫瘤壞死因子的研究較少,在而BF 中發(fā)現(xiàn)的腫瘤壞死因子主要是TNF-α及B 細(xì)胞活化因子(BAFF)[16,20]。
TNF-α除了能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞壞死,還可誘導(dǎo)其他細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素、干擾素、巨噬細(xì)胞集落刺激因子等多肽的產(chǎn)生。在炎癥反應(yīng)中,TNF-α通常受核因子κB(NF-κB)的調(diào)控,外界刺激使得NF-κB活化,進(jìn)而能促進(jìn)TNF-α 基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá);當(dāng)TNF-α含量增加后,通過對NF-κB的正反饋激活調(diào)節(jié),進(jìn)一步使前者分泌增加,同時(shí)還誘導(dǎo)了IL-1、IL-8等其他促炎細(xì)胞因子和一氧化氮(NO)及其合成酶(iNOS)的生成和釋放,最后導(dǎo)致炎癥信號(hào)進(jìn)一步放大[21-22]。
B 細(xì)胞活化因子(B-cell-activating factor,BAFF),為腫瘤壞死因子家族成員,主要是由中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞產(chǎn)生,對B 細(xì)胞的分化起促進(jìn)作用。在哺乳動(dòng)物的研究已表明,BAFF是通過旁分泌方式促進(jìn)B 細(xì)胞的分化[23]。而Koskela等[20]在研究中發(fā)現(xiàn),BAFF 的含量會(huì)隨著BF中B細(xì)胞的發(fā)育而逐漸上升,且在體外培養(yǎng)的BF內(nèi)的B 細(xì)胞能夠生成BAFF,進(jìn)一步進(jìn)行原位雜交試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)BAFF mRNA 在BF 濾泡中有較強(qiáng)的表達(dá),從而證實(shí)BAFF 在BF 中是以自分泌的方式促進(jìn)BF濾泡中B細(xì)胞的發(fā)育和成熟。
為了保證機(jī)體免疫效應(yīng)的正常發(fā)揮,往往需要多種細(xì)胞因子共同作用,通過生物學(xué)效應(yīng)的相互影響和調(diào)節(jié),呈現(xiàn)出一個(gè)既協(xié)同又制約的復(fù)雜的多相性免疫效應(yīng)協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)。如IL-6的調(diào)節(jié)作用往往受IL-21分泌調(diào)控的影響;單核巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的IL-6、IL-10往往可以促進(jìn)T 細(xì)胞、B 細(xì)胞的細(xì)胞功能,而淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的IL-6、IL-10又可調(diào)節(jié)單核巨噬細(xì)胞的功能。機(jī)體內(nèi)細(xì)胞因子相互作用,為維持機(jī)體良好的免疫應(yīng)答創(chuàng)造了一個(gè)不可或缺的微環(huán)境。
可引起B(yǎng)F相關(guān)病毒性疾病的病毒有馬立克氏皰疹病毒(引起馬立克氏?。?、圓環(huán)病毒(引起雞傳染性貧血病)、傳染性法氏囊病病毒(傳染性法氏囊?。?、腺病毒,逆轉(zhuǎn)錄病毒、副黏病毒(引起雞新城疫)、呼腸孤病毒和正黏病毒(引起禽流感)等。這些病毒主要是以B 淋巴細(xì)胞作為靶細(xì)胞進(jìn)行攻擊,從而使得BF功能喪失,其中尤以馬立克氏病、雞傳染性法氏囊病和雞新城疫對禽類養(yǎng)殖業(yè)危害最甚。
馬立克氏?。∕arek's disease,MD)是由馬立克氏皰疹病毒(Marek's disease virus,MDV)引起的一種高度接觸性、傳染性淋巴組織增生性疾?。?4]。有研究指出BF是MDV 主要復(fù)制的場所,且BF 中的B 細(xì)胞為MDV 首要攻擊對象,從而使機(jī)體免疫功能受到抑制,極易感染其他疾?。?5]。同時(shí)由于該病會(huì)導(dǎo)致外周神經(jīng)和組織器官的單核細(xì)胞感染,因此是研究動(dòng)物病毒腫瘤的理想模型;而MD 也是唯一一種可以通過接種疫苗得到控制的腫瘤疾病,但由于高效疫苗的普遍應(yīng)用導(dǎo)致了MDV 毒力不斷增強(qiáng),也給家禽養(yǎng)殖業(yè)帶來了更大的挑戰(zhàn)[26]。
雞傳染性法氏囊?。↖nfectious bursal disease,IBD)是由傳染性法氏囊病病毒(Infectious bursal disease virus,IBDV)引起的一種急性、高度接觸性傳染病,主要是感染雛雞的中樞免疫器官-BF并在其中進(jìn)行自我復(fù)制。IBDV 通過口腔或者呼吸道方式進(jìn)入機(jī)體,而一旦感染通常具有高發(fā)病率,且發(fā)病迅速[27]。雞感染IBDV 后,其免疫能力往往受到抑制,尤其會(huì)引起B(yǎng)F 中B 淋巴細(xì)胞的衰減[28]。該病是現(xiàn)今嚴(yán)重危害我國養(yǎng)雞業(yè)的一種疾病,不僅能引起感染雞的直接死亡,往往存活下來的雞其免疫能力受到抑制,進(jìn)而導(dǎo)致其他傳染病的免疫預(yù)防失敗,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。
雞新城疫(Newacstle disease,ND)也稱亞洲雞瘟,是由雞新城疫病毒(Newacstle diseaes virus,NDV)引起的一種地方性禽類急性高度接觸性傳染?。?9]。NDV 可嚴(yán)重?fù)p傷雞的淋巴細(xì)胞,使其發(fā)生壞死,進(jìn)而導(dǎo)致雞免疫器官中淋巴細(xì)胞減少。而BF作為禽類中樞免疫器官,是NDV 主要攻擊的對象,最終往往導(dǎo)致BF組織萎縮,淋巴細(xì)胞過度凋亡。
為了維持禽類正常的免疫功能,加強(qiáng)日常飼養(yǎng)管理是十分必要的。在禽類養(yǎng)殖中,室內(nèi)應(yīng)保持通風(fēng),用具應(yīng)定期消毒,并保持干燥、潔凈,營造一個(gè)干凈衛(wèi)生的飼養(yǎng)環(huán)境。同時(shí)還應(yīng)注意減少外界應(yīng)激,尤其是人工養(yǎng)殖時(shí)的人為應(yīng)激。并時(shí)刻關(guān)注雞的健康情況,及時(shí)隔離可疑病雞,避免疾病的傳染。
適當(dāng)添加維生素和生物復(fù)合劑可有效地提高雞的免疫能力,并緩解外界應(yīng)激所帶來的損害。維生素C能有效抗熱應(yīng)激下對雛雞造成的損傷,促進(jìn)禽類免疫器官的發(fā)育[30]。研究表明在雞孵化期注射維生素C比在孵化后添加更加有效,尤其是能促進(jìn)BF中B 細(xì)胞的增殖和分化,使機(jī)體獲得更高的免疫防御能力[31]。張翠[32]在對雞的飼養(yǎng)種添加黃芪和刺五加的復(fù)合劑后,發(fā)現(xiàn)雛雞體內(nèi)淋巴細(xì)胞有所增加,并且促進(jìn)了雛雞BF 等免疫器官的發(fā)育。我們前期的工作表明[33]:給雛雞投喂GABA 與巴戟天多糖復(fù)合物后,BF 中濾泡個(gè)數(shù)明顯增加,促進(jìn)了B淋巴細(xì)胞的增殖。
研究表明微量元素硒對動(dòng)物機(jī)體發(fā)揮正常生理功能起著重要作用,缺乏硒時(shí)往往會(huì)抑制機(jī)體免疫功能及免疫器官的發(fā)育[34]。在日糧中添加微量元素鉻也可促進(jìn)機(jī)體免疫能力的增強(qiáng),有研究指出在肉雞的飼養(yǎng)過程中添加不同濃度的鉻,能降低機(jī)體脂質(zhì)過氧化反應(yīng),增加淋巴細(xì)胞的數(shù)目[35]。而雛雞日糧缺乏蛋氨酸時(shí),會(huì)導(dǎo)致血清中免疫球蛋白(IgG、IgM、IgA)含量的降低,同時(shí)BF 中B 淋巴細(xì)胞增殖分化受阻,凋亡細(xì)胞增多,影響B(tài)F 發(fā)育,進(jìn)而抑制了機(jī)體的免疫功能[36]。
隨著禽類養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展,人們愈加重視如何通過提高禽類的免疫力來獲得生產(chǎn)效益。而BF 作為禽類特有的中樞免疫器官,是B 淋巴細(xì)胞的發(fā)育、成熟和分化的場所,其生理功能的正常發(fā)育是保證機(jī)體免疫能力的前提。若BF 生理功能遭到破壞,不僅會(huì)影響機(jī)體的體液免疫反應(yīng),還會(huì)影響到整個(gè)機(jī)體的正常生理功能。因此,對BF 的生理功能發(fā)育進(jìn)行研究是十分有必要的。目前關(guān)于BF 發(fā)育的研究多是在細(xì)胞水平上對其組織結(jié)構(gòu)發(fā)育進(jìn)行研究,而且對BF 生理功能發(fā)育的研究也相對不足。因此,未來對BF的研究應(yīng)注重BF中各類活性因子發(fā)育的分子機(jī)制以及相互作用,最終揭示BF 組織結(jié)構(gòu)與生理功能的發(fā)育規(guī)律。
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