喻思揚(yáng), 王 燕, 曾高峰, 劉 洋, 徐健強(qiáng), 曾夢(mèng)雅, 唐業(yè)華, 曾志英, 石小橋, 陳 瑩, 趙國(guó)軍
(南華大學(xué)附二醫(yī)院 1心血管內(nèi)科, 2麻醉科, 3衡陽(yáng)市中心醫(yī)院,湖南 衡陽(yáng) 421001; 4桂林醫(yī)學(xué)院組胚教研室,廣西 桂林 541004)
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阿托伐他汀通過(guò)下調(diào)NLRP1炎性體表達(dá)抑制IL-1β和IL-18的釋放*
喻思揚(yáng)1▲,王燕2▲,曾高峰1,劉洋1,徐健強(qiáng)1,曾夢(mèng)雅1,唐業(yè)華3,曾志英2,石小橋2,陳瑩2,趙國(guó)軍4△
(南華大學(xué)附二醫(yī)院1心血管內(nèi)科,2麻醉科,3衡陽(yáng)市中心醫(yī)院,湖南 衡陽(yáng) 421001;4桂林醫(yī)學(xué)院組胚教研室,廣西 桂林 541004)
[摘要]目的: 探討核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白1(NLRP1)炎性體在阿托伐他汀抑制THP-1巨噬細(xì)胞白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)和白細(xì)胞介素-18(IL-18)分泌中的作用。方法: 用10 μg/L脂多糖誘導(dǎo)THP-1巨噬細(xì)胞分泌IL-1β和IL-18,以不同濃度阿托伐他汀(1、10和20 μmol/L)孵育細(xì)胞24 h,或以10 μmol/L阿托伐他汀處理細(xì)胞不同時(shí)間(12、24和48 h),或轉(zhuǎn)染NLRP1 siRNA以沉默細(xì)胞內(nèi)NLRP1的表達(dá)。采用RT-PCR檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)NLRP1炎性體mRNA的表達(dá),Western blot檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)NLRP1炎性體蛋白的表達(dá),ELISA檢測(cè)細(xì)胞上清液中IL-1β和IL-18的含量。結(jié)果: 阿托伐他汀可抑制THP-1巨噬細(xì)胞NLRP1炎性體mRNA和蛋白的表達(dá),且這種效應(yīng)呈濃度和時(shí)間依賴(lài)性。轉(zhuǎn)染NLRP1 siRNA后,THP-1巨噬細(xì)胞NLRP1的蛋白表達(dá)明顯下降,且阿托伐他汀對(duì)IL-1β和IL-18分泌的抑制作用明顯增強(qiáng)。結(jié)論: 阿托伐他汀通過(guò)抑制NLRP1炎性體表達(dá)減少巨噬細(xì)胞IL-1β和IL-18的釋放,發(fā)揮抗炎作用,進(jìn)而延緩動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展。
[關(guān)鍵詞]阿托伐他汀; 核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白1炎性體; 白細(xì)胞介素-1β; 白細(xì)胞介素-18; 動(dòng)脈粥樣硬化
動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis,As)是一種血管的慢性炎癥性疾病,脂質(zhì)堆積伴固有免疫激活是As的特征性病理改變之一[1]。阿托伐他汀能有效預(yù)防和延緩As形成,這一效果除得益于調(diào)脂作用外,還與其抗炎作用密切相關(guān)[2]。然而,阿托伐他汀是通過(guò)何種機(jī)制發(fā)揮抗炎效應(yīng),目前不甚清楚。
核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptors,NLRs)是一類(lèi)新發(fā)現(xiàn)的固有免疫模式識(shí)別受體,其能調(diào)控炎性體活化,參與As等疾病的發(fā)展[3-4]。核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白1(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 1,NLRP1)是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)參與炎性體組成的NLRs成員,廣泛存在于單核-巨噬細(xì)胞中[5-6],被細(xì)菌脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)等物質(zhì)激活后,NLRP1可協(xié)同半胱天冬酶-1(caspase-1)和凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase-recruitment domain,ASC)完成炎性體組裝,促進(jìn)白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)和白細(xì)胞介素-18(interleukin-18,IL-18)的釋放,對(duì)炎癥反應(yīng)起重要作用[7]。本研究旨在通過(guò)觀察阿托伐他汀對(duì)THP-1巨噬細(xì)胞NLRP1炎性體表達(dá)及其下游IL-1β和IL-18分泌的影響,探討阿托伐他汀的抗炎機(jī)制,為深入認(rèn)識(shí)阿托伐他汀的非調(diào)脂作用提供新依據(jù)。
材料和方法
1細(xì)胞、主要試劑和儀器
THP-1細(xì)胞購(gòu)于中國(guó)科學(xué)院上海生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所細(xì)胞中心;RPMI-1640培養(yǎng)基、胎牛血清和佛波酯(phorbol 12-myristate 13-acetate,PMA)、LPS購(gòu)于Sigma;阿托伐他汀鈣購(gòu)自大連美侖生物技術(shù)有限公司;RNA抽提試劑購(gòu)自GeneCopoeia;Reverse Transcription System購(gòu)自Promega;TaqMan? Gene Expression Master Mix購(gòu)于Applied Biosystems;NLRP1、caspase-1、ASC和β-actin引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成;NLRP1、caspase-1和ASC兔抗人 I 抗購(gòu)自Life Technologies;β-actin antibody購(gòu)于Immunechem;辣根過(guò)氧化酶標(biāo)記山羊抗兔 II 抗購(gòu)自Santa Cruz;jetTEI轉(zhuǎn)染試劑購(gòu)于Polyplus;人IL-1β和IL-18酶聯(lián)免疫檢測(cè)試劑盒購(gòu)自生工生物工程(上海)股份有限公司;CO2培養(yǎng)箱為BiNEDER CB150;電泳裝置及凝膠成像分析系統(tǒng)購(gòu)自Bio-Rad。
2實(shí)驗(yàn)方法
2.1細(xì)胞培養(yǎng)THP-1細(xì)胞用含10%胎牛血清的RPMI-1640培養(yǎng)基于37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng)。培養(yǎng)基中含青霉素和鏈霉素各1.0×105U/L。培養(yǎng)2~4代后,將狀態(tài)良好、呈對(duì)數(shù)生長(zhǎng)的細(xì)胞用于實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前以100 nmol/L PMA刺激細(xì)胞24 h,誘導(dǎo)其分化為貼壁的巨噬細(xì)胞,換不含血清的RPMI-1640培養(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng),根據(jù)實(shí)驗(yàn)分組,予以相應(yīng)的處理因素。
2.2RT-PCR采用TRIzol法提取總RNA,測(cè)定RNA樣品的純度和含量。取1 μg RNA樣品進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng),合成cDNA。以cDNA為模板,建立20 μL反應(yīng)體系,PCR反應(yīng)循環(huán)為50 ℃ 2 min;95 ℃ 10 min;95 ℃ 15 s,60 ℃ 1 min(40個(gè)循環(huán))。取5 μL反應(yīng)底物,瓊脂糖凝膠電泳,電泳后凝膠成像分析系統(tǒng)采集圖像。引物序列和PCR產(chǎn)物片段大小見(jiàn)表1。
表1 RT-PCR的引物序列
F: forward; R:reverse.
2.3Western blot提取細(xì)胞總蛋白,測(cè)定蛋白濃度。進(jìn)行SDS-PAGE分離蛋白,電泳后將蛋白轉(zhuǎn)移至PVDF膜,S-麗春紅染色觀察PVDF膜上的蛋白條帶,以明確轉(zhuǎn)膜效率。將PVDF膜置入用TBST配制的含5%脫脂牛奶的封閉緩沖液中,室溫封閉2 h,加入TBST稀釋過(guò)的 I 抗,4 ℃冰箱中孵育過(guò)夜。室溫復(fù)溫后,TBST洗膜3次,每次10 min,加入TBST稀釋過(guò)的 II 抗,室溫封閉1 h,TBST洗膜3次,每次10 min。使用高靈敏ECL發(fā)光試劑進(jìn)行顯色,采集圖像后保存。
2.4RNA干擾根據(jù)GenBank中人NLRP1 mRNA序列設(shè)計(jì)siRNA,經(jīng)BLAST明確其特異性。人NLRP1 siRNA的正義鏈序列為5’-UUAAAAUCCUCAUUUUUCCAG-3’,反義鏈序列為5’-GGAAAAAUGAGGAUUUUAACC-3’;另設(shè)計(jì)陰性對(duì)照siRNA的正義鏈序列為5’-UUCUCCGAACGUGUCACGUTT-3’,反義鏈序列為5’-ACUUGACACGUUCGGAGAATT-3’;并在BLAST中對(duì)其進(jìn)行同源性分析,確定與其它基因無(wú)同源性。用jetTEI轉(zhuǎn)染試劑將siRNA轉(zhuǎn)染至THP-1巨噬細(xì)胞(具體操作按照試劑盒說(shuō)明進(jìn)行),48 h后采用Western blot鑒定轉(zhuǎn)染效率。
2.5ELISATHP-1巨噬細(xì)胞培養(yǎng)在6孔板中,加入各種處理因素后,收集各孔上清液,IL-1β、IL-18含量的測(cè)定嚴(yán)格按照ELISA試劑盒操作說(shuō)明書(shū)進(jìn)行,以450 nm波長(zhǎng)測(cè)量各孔吸光度,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出樣品實(shí)際濃度,并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。
3統(tǒng)計(jì)學(xué)處理
各組數(shù)據(jù)均采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示,采用SPSS 18.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,組間比較采用單因素方差分析, 兩兩比較使用SNK-q檢驗(yàn),以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
結(jié)果
1不同濃度阿托伐他汀對(duì)THP-1巨噬細(xì)胞NLRP1炎性體表達(dá)的影響
THP-1巨噬細(xì)胞經(jīng)10 μg/L LPS及不同濃度(1、10和20 μmol/L)的阿托伐他汀處理24 h后,采用RT-PCR和Western blot分別檢測(cè)NLRP1、caspase-1和ASC mRNA和蛋白質(zhì)的表達(dá)。結(jié)果顯示LPS組NLRP1、caspase-1和ASC的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)較對(duì)照組顯著上調(diào)(P<0.05);經(jīng)不同濃度阿托伐他汀處理后NLRP1、caspase-1和ASC的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)較LPS組則明顯下降(P<0.05),且濃度越大,下降越明顯,表明阿托伐他汀可呈濃度依賴(lài)性抑制THP-1巨噬細(xì)胞NLRP1炎性體mRNA和蛋白質(zhì)的表達(dá),見(jiàn)圖1、2。
2阿托伐他汀作用不同時(shí)間對(duì)THP-1巨噬細(xì)胞NLRP1炎性體表達(dá)的影響
以10 μg/L LPS及10 μmol/L阿托伐他汀處理THP-1巨噬細(xì)胞不同時(shí)間(12 h、24 h和48 h)后,采用RT-PCR和Western blot分別檢測(cè)NLRP1、caspase-1和ASC的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)。結(jié)果顯示LPS組NLRP1、caspase-1和ASC的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)較對(duì)照組顯著上調(diào)(P<0.05);經(jīng)阿托伐他汀處理不同時(shí)間后NLRP1、caspase-1和ASC的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)較LPS組則明顯下降(P<0.05),且作用時(shí)間越長(zhǎng),下降越明顯,表明阿托伐他汀可呈時(shí)間依賴(lài)性抑制THP-1巨噬細(xì)胞NLRP1炎性體mRNA和蛋白質(zhì)的表達(dá),見(jiàn)圖3、4。
Figure 1.The effect of different concentrations of atorvastatin on mRNA expression of NLRP1 inflammasome in THP-1 macrophages. Mean±SD.n=3.*P<0.05vscontrol;#P<0.05vsLPS.
圖1不同濃度阿托伐他汀對(duì)THP-1巨噬細(xì)胞NLRP1炎性體mRNA表達(dá)的影響
3NLRP1 siRNA對(duì)阿托伐他汀抑制THP-1巨噬細(xì)胞IL-1β和IL-18分泌的影響
為了進(jìn)一步研究NLRP1炎性體在阿托伐他汀抑制THP-1巨噬細(xì)胞IL-1β和IL-18分泌中的作用,我們轉(zhuǎn)染NLRP1 siRNA以沉默細(xì)胞內(nèi)NLRP1的表達(dá)。然后觀察各組細(xì)胞IL-1β和IL-18水平的變化,結(jié)果顯示與單純LPS組比較,LPS+ATO組或LPS+NLRP1 siRNA組的IL-1β和IL-18分泌顯著減少(P<0.05);而且,與LPS+ATO組或LPS+NLRP1 siRNA組比較,ATO+NLRP1 siRNA共處理細(xì)胞可使LPS誘導(dǎo)的IL-1β和IL-18分泌進(jìn)一步減少(P<0.05),表明轉(zhuǎn)染NLRP1 siRNA下調(diào)NLRP1表達(dá)能夠促進(jìn)阿托伐他汀對(duì)THP-1巨噬細(xì)胞IL-1β和IL-18分泌的抑制作用,見(jiàn)圖5。
Figure 2.The effect of different concentrations of atorvastatin on protein expression of NLRP1 inflammasome in THP-1 macrophages. Mean±SD.n=3.*P<0.05vscontrol;#P<0.05vsLPS.
圖2不同濃度阿托伐他汀對(duì)THP-1巨噬細(xì)胞NLRP1炎性體蛋白表達(dá)的影響
討論
血脂代謝異常可通過(guò)啟動(dòng)免疫應(yīng)答和誘發(fā)炎癥反應(yīng),促進(jìn)血管內(nèi)壁斑塊形成,進(jìn)而加速As的發(fā)生發(fā)展[8]。降脂藥阿托伐他汀作為目前最有效的抗As藥物之一,已被證實(shí)具備明顯的抗炎效應(yīng)[9],但其中的具體機(jī)制仍不清楚。NLRP1炎性體是一個(gè)由NLRP1、caspase-1和ASC構(gòu)成的多蛋白寡聚體,受體蛋白NLRP1是其活化和發(fā)揮功能的關(guān)鍵分子,與相關(guān)配體結(jié)合后,NLRP1能啟動(dòng)炎性體的自我激活,促使IL-1β和IL-18前體分子轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓拇傺准?xì)胞因子[10-11]。本實(shí)驗(yàn)選用THP-1源性巨噬細(xì)胞作為模型,觀察了阿托伐他汀對(duì)NLRP1炎性體表達(dá)的影響,結(jié)果顯示阿托伐他汀可呈濃度、時(shí)間依賴(lài)性抑制NLRP1炎性體mRNA和蛋白質(zhì)的表達(dá)。此外,我們運(yùn)用siRNA對(duì)NLRP1進(jìn)行沉默,發(fā)現(xiàn)NLRP1表達(dá)下調(diào)能夠促進(jìn)阿托伐他汀對(duì)IL-1β和IL-18分泌的抑制作用,提示NLRP1炎性體可能在阿托伐他汀的抗炎及抗As作用中扮演了關(guān)鍵角色。
Figure 3.The effect of atorvastatin on mRNA expression of NLRP1 inflammasome in THP-1 macrophages for different time. Mean±SD.n=3.*P<0.05vscontrol;#P<0.05vsLPS.
圖3阿托伐他汀作用不同時(shí)間對(duì)THP-1巨噬細(xì)胞NLRP1炎性體mRNA表達(dá)的影響
Figure 4.The effect of atorvastatin on protein expression of NLRP1 inflammasome in THP-1 macrophages for different time. Mean±SD.n=3.*P<0.05vscontrol;#P<0.05vsLPS.
圖4阿托伐他汀作用不同時(shí)間對(duì)THP-1巨噬細(xì)胞NLRP1炎性體蛋白表達(dá)的影響
Figure 5.The effect of NLRP1 siRNA on atorvastatin-induced reduction of IL-1β and IL-18 releases from THP-1 macrophages. Western blot was employed to examine the transfection efficiency of NLRP1 siRNA (A). ELISA was used to quantify the secretion of IL-1β (B) and IL-18 (C) in each group. Mean±SD.n=3.*P<0.05vsLPS;#P<0.05vsLPS+ATO;△P<0.05vsLPS+NLRP1 siRNA.
圖5NLRP1 siRNA對(duì)阿托伐他汀抑制THP-1巨噬細(xì)胞IL-1β和IL-18分泌的影響
NLRP1炎性體參與炎癥反應(yīng)及As的發(fā)生發(fā)展[12]。外周動(dòng)脈疾病(peripheral arterial disease,PAD)是一種由As導(dǎo)致,多因素共同參與的慢性疾病,Bleda等[13]發(fā)現(xiàn)NLRP1炎性體參與PAD患者內(nèi)皮功能紊亂與炎癥反應(yīng)過(guò)程,并與血管損傷和修復(fù)密切相關(guān)。阿司匹林是臨床上治療As性疾病的常用藥。Bleda等[14]又發(fā)現(xiàn)NLRP1炎性體表達(dá)的下調(diào)可能在阿司匹林的抗As過(guò)程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用,這間接驗(yàn)證了NLRP1炎性體與As的關(guān)系,并提示以NLRP1炎性體為靶點(diǎn)治療As存在可能性。固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(sterol regulatory element binding proteins,SREBP)可調(diào)節(jié)脂質(zhì)合成,是As過(guò)程的重要參與者。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,LPS能通過(guò)誘導(dǎo)小鼠巨噬細(xì)胞SREBP-1a表達(dá)上調(diào),促進(jìn)其下游NLRP1炎性體激活及促炎細(xì)胞因子釋放,表明NLRP1炎性體可能是SREBP參與As的途徑之一[15]。我們的研究結(jié)果顯示,THP-1巨噬細(xì)胞經(jīng)LPS處理后,NLRP1炎性體mRNA和蛋白表達(dá)均顯著增加,這與在小鼠巨噬細(xì)胞上的發(fā)現(xiàn)一致。此外,我們還發(fā)現(xiàn),LPS對(duì)NLRP1炎性體的促進(jìn)作用能被阿托伐他汀有效抑制。
近年來(lái),阿托伐他汀的抗炎效應(yīng)已成為As防治領(lǐng)域的新熱點(diǎn),但其所涉及的分子機(jī)制卻尚未明了。有學(xué)者指出NLRP3(NLR family,pyrin domain containing 3)炎性體參與As發(fā)病過(guò)程[16],且阿托伐他汀可通過(guò)干預(yù)NLRP3炎性體延緩As進(jìn)展[17]。但是,亦有學(xué)者認(rèn)為炎癥反應(yīng)及As進(jìn)展并不依賴(lài)于NLRP3炎性體[13, 15, 18]。鑒于NLRP1炎性體在促炎細(xì)胞因子分泌中的重要作用及其與As的密切關(guān)聯(lián)性,我們觀察了阿托伐他汀對(duì)LPS誘導(dǎo)THP-1巨噬細(xì)胞NLRP1炎性體表達(dá)的影響,發(fā)現(xiàn)阿托伐他汀可明顯下調(diào)NLRP1炎性體表達(dá),且伴有IL-1β和IL-18分泌的減少;此外,當(dāng)NLRP1被siRNA沉默后,阿托伐他汀對(duì)IL-1β和IL-18分泌的抑制作用更加明顯。這些研究結(jié)果表明NLRP1炎性體是阿托伐他汀抗炎及抗As作用的重要靶點(diǎn)之一。
綜上所述,阿托伐他汀具備抗炎作用,可減少巨噬細(xì)胞IL-1β和IL-18的釋放,且其作用途徑與抑制NLRP1炎性體表達(dá)有關(guān)。這有助于深入認(rèn)識(shí)他汀類(lèi)藥物的非調(diào)脂作用,并為臨床聯(lián)合用藥治療As提供新依據(jù)。此外,不斷深化對(duì)炎性體的研究不僅有益于As的早期診斷,以炎性體為靶點(diǎn)設(shè)計(jì)單克隆抗體、小分子拮抗物等或許能為As的治療開(kāi)辟新的途徑。
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(責(zé)任編輯: 林白霜, 羅森)
Atorvastatin inhibits IL-1β and IL-18 releases via lowering the expression of NLRP1 inflammasome
YU Si-yang1, WANG Yan2, ZENG Gao-feng1, LIU Yang1, XU Jian-qiang1, ZENG Meng-ya1, TANG Ye-hua3, ZENG Zhi-ying2, SHI Xiao-qiao2, CHEN Ying2, ZHAO Guo-jun4
(1DepartmentofCardiovascularMedicine,2DepartmentofAnesthesiology,TheSecondAffiliatedHospital,UniversityofSouthChina,3TheCentralHospitalofHengyang,Hengyang421001,China;4DepartmentofHistologyandEmbryology,GuilinMedicalUniversity,Guilin541004,China.E-mail:zzhcsu@163.com)
[ABSTRACT]AIM: To explore the role of nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 1 (NLRP1) inflammasome in atorvastatin-induced reduction of interleukin-1β (IL-1β) and interleukin-18 (IL-18) releases from the THP-1 macrophages. METHODS: Lipopolysaccharide (LPS, 10 μg/L) was used to trigger the secretion of IL-1β and IL-18 in the THP-1 macrophages. The cells were incubated with different concentrations of atorvastatin (1, 10 and 20 μmol/L) for 24 h, or treated with 10 μmol/L atorvastatin for different time (12 h, 24 h and 48 h). NLRP1 siRNA was transfected into the THP-1 cells. The mRNA expression of NLRP1 inflammasome was detected by RT-PCR. The protein expression of NLRP1 inflammasome was determined by Western blot. The secretion of proinflammatory cytokines IL-1β and IL-18 was quantified by ELISA. RESULTS: Atorvastatin inhibited the mRNA and protein expression of NLRP1 inflammasome in the THP-1 macrophages in a dose- and time-dependent manner. Transfection of NLRP1 siRNA significantly decreased the protein expression of NLRP1 and promoted the suppressive effect of atorvastatin on IL-1β and IL-18 secretion in the THP-1 macrophages. CONCLUSION: Atorvastatin inhibits the production of IL-1β and IL-18 in the macrophages through decreasing NLRP1 inflammasome expression, possibly contributing to the anti-inflammatory effect of atorvastatin on atherosclerosis.
[KEY WORDS]Atorvastatin; Nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 1 inflammasome; Interleukin-1β; Interleukin-18; Atherosclerosis
[文章編號(hào)]1000- 4718(2016)05- 0863- 06
[收稿日期]2015- 12- 04[修回日期] 2016- 02- 04
*[基金項(xiàng)目]湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No. 14JJ5016)
通訊作者△Tel: 0773-3680365; E-mail: zzhcsu@163.com
[中圖分類(lèi)號(hào)]R363
[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A
doi:10.3969/j.issn.1000- 4718.2016.05.016
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