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      “腎主骨”機(jī)理研究
      ——左歸丸對(duì)Hepcidin、Fpn1及OPG/RANKL mRNA表達(dá)的影響?

      2018-01-02 06:28:35吳佳瑩李岳澤潘靜華趙宏艷王少君汪文來(lái)張治國(guó)鞠大宏劉梅潔
      關(guān)鍵詞:左歸丸醫(yī)學(xué)雜志骨細(xì)胞

      吳佳瑩,李岳澤,劉 紅,李 艷,潘靜華,趙宏艷,王少君,汪文來(lái),張治國(guó),鞠大宏△,劉梅潔△

      (1. 中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中醫(yī)基礎(chǔ)理論研究所,北京 100700; 2. 中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中心,北京 100700)

      【實(shí)驗(yàn)研究】

      “腎主骨”機(jī)理研究
      ——左歸丸對(duì)Hepcidin、Fpn1及OPG/RANKL mRNA表達(dá)的影響?

      吳佳瑩1,李岳澤1,劉 紅2,李 艷2,潘靜華2,趙宏艷2,王少君2,汪文來(lái)1,張治國(guó)1,鞠大宏2△,劉梅潔2△

      (1. 中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中醫(yī)基礎(chǔ)理論研究所,北京 100700; 2. 中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中心,北京 100700)

      目的: 從Hepcidin對(duì)其下游OPG/RANKL通路調(diào)節(jié)的角度,初步探討左歸丸對(duì)骨質(zhì)疏松癥的作用機(jī)理,并為進(jìn)一步揭示“腎主骨”理論的科學(xué)內(nèi)涵提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 方法: 60只雌性SD大鼠按隨機(jī)數(shù)字表法分為空白對(duì)照組12只,假手術(shù)組12只,造模組36只共3組,造模組大鼠實(shí)行雙側(cè)卵巢切除術(shù)以制作骨質(zhì)疏松癥模型。造模結(jié)束后再將造模組大鼠隨機(jī)分為OVX組、E2組、左歸丸組,每組各12只,開(kāi)始給予相應(yīng)藥物。給藥3個(gè)月后,檢測(cè)大鼠脛骨骨量(TBV%)、骨吸收(TRS%)和骨形成(TFS%、OSW、MAR、mAR)情況;采用原位雜交法檢測(cè)各組大鼠肝組織中Hepcidin mRNA及脛骨骨髓中Fpn1、OPG及RANKL mRNA的表達(dá)。 結(jié)果: OVX組大鼠脛骨TBV%較假手術(shù)組顯著降低,而TRS%、TFS%、OSW、MAR、mAR較假手術(shù)組均有顯著增高;與OVX組比較,左歸丸組的TBV%顯著增高,而TRS%、TFS%、OSW、MAR、mAR水平明顯低于OVX組。與假手術(shù)組比較,OVX組大鼠肝臟中Hepcidin的mRNA表達(dá)強(qiáng)度均明顯降低,大鼠脛骨骨髓中Fpn1和RANKL mRNA表達(dá)強(qiáng)度則明顯增強(qiáng),OPG mRNA的表達(dá)強(qiáng)度明顯降低。與OVX組比較,左歸丸組的大鼠肝組織中Hepcidin mRNA表達(dá)強(qiáng)度明顯增高,脛骨骨髓中OPG mRNA表達(dá)強(qiáng)度明顯增高,F(xiàn)pn1和RANKL mRNA表達(dá)強(qiáng)度則明顯下調(diào)。結(jié)論: 左歸丸可通過(guò)提高Hepcidin水平,增加與受體Fpn1的結(jié)合,進(jìn)而對(duì)下游OPG/RANKL信號(hào)通路起到一定的調(diào)節(jié)作用,使OPG表達(dá)上調(diào)而下調(diào)RANKL的表達(dá),從而降低破骨細(xì)胞活性,減少骨量丟失,這是其能夠治療骨質(zhì)疏松癥的機(jī)理之一。

      左歸丸;骨質(zhì)疏松癥;鐵調(diào)素;膜轉(zhuǎn)鐵蛋白;腎主骨

      鐵調(diào)素(Hepcidin)是糾正體內(nèi)“鐵過(guò)載”的關(guān)鍵物質(zhì)。多項(xiàng)研究已證實(shí),鐵過(guò)載是骨質(zhì)疏松癥發(fā)生的危險(xiǎn)因素。而Hepcidin與受體膜轉(zhuǎn)鐵蛋白(Fpn)結(jié)合,可調(diào)節(jié)鐵離子水平,維持機(jī)體鐵穩(wěn)態(tài),進(jìn)而對(duì)骨代謝產(chǎn)生影響。OPG/RANKL則是非常重要的骨代謝調(diào)控通路,是體內(nèi)細(xì)胞因子發(fā)揮作用、調(diào)節(jié)骨代謝的最終環(huán)節(jié)。我們前期工作證實(shí),左歸丸可以治療去卵巢大鼠骨質(zhì)疏松癥。本研究在前期工作基礎(chǔ)上[1],從Hepcidin對(duì)其下游OPG/RANKL通路調(diào)節(jié)的角度,初步探討左歸丸對(duì)骨質(zhì)疏松癥的作用機(jī)理,為進(jìn)一步揭示“腎主骨”理論的科學(xué)內(nèi)涵提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

      1 材料與方法

      1.1 動(dòng)物

      60只雌性SPF級(jí)SD大鼠,體質(zhì)量(240±20) g,購(gòu)自中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心(許可證編號(hào)SCXK-(軍)2012-0004),飼養(yǎng)于中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中醫(yī)基礎(chǔ)理論研究所清潔級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物室(實(shí)驗(yàn)動(dòng)物室許可證號(hào)SYXK(京)2010-0032)。

      1.2 藥物

      戊酸雌二醇片1 mg/片(批號(hào)175A),拜耳醫(yī)藥保健有限公司廣州分公司產(chǎn)品,使用時(shí)用純凈水配制成混懸液,濃度為0.018 mg/ml。左歸丸藥液常規(guī)水煎制,含藥量為0.968 g生藥/ml。藥物組成:熟地24 g,山藥12 g,山茱萸12 g,枸杞12 g,鹿角膠12 g,菟絲子12 g,龜甲膠12 g,川牛膝9 g。中藥材均經(jīng)中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所胡世林研究員鑒定。

      1.3 試劑

      戊巴比妥鈉:德國(guó)MERCK公司(批號(hào)20131206),鹽酸四環(huán)素:北京索萊寶科技有限公司(批號(hào)1104B047),Hepcidin原位雜交檢測(cè)試劑盒:武漢博士德生物工程有限公司(批號(hào)02161TW7032741507TEC),F(xiàn)pn1原位雜交試劑盒:武漢博士德生物工程有限公司(批號(hào)02162TW7032741807TEC),OPG原位雜交試劑盒:武漢博士德生物工程有限公司(批號(hào)011590223-259060FJ),RANKL原位雜交試劑盒:武漢博士德生物工程有限公司(批號(hào)006381129-79060FJ)。

      1.4 儀器

      2040切片機(jī):德國(guó)Reicheit-Jung公司, FINESSE ME+全自動(dòng)石蠟切片機(jī):美國(guó)Thermo公司,CRYOTOME FSE冰凍切片機(jī):美國(guó)Thermo公司,Qwin Pro V3.5.0圖像分析系統(tǒng):德國(guó)Leica公司,DM6000B顯微鏡:德國(guó)Leica公司。

      1.5 方法

      1.5.1 動(dòng)物模型制作及分組給藥 60只SPF級(jí)雌性SD大鼠,按隨機(jī)數(shù)字表法分為造模組36只,空白對(duì)照組12只,假手術(shù)組12只3組。對(duì)造模組大鼠施以雙側(cè)卵巢切除(OVX)手術(shù),制作骨質(zhì)疏松癥模型。假手術(shù)組大鼠僅切除卵巢周圍脂肪組織,不摘除卵巢。造模完成后,將造模組大鼠隨機(jī)分成OVX組、E2組、左歸丸組。左歸丸組大鼠灌胃給予左歸丸水煎液,E2組大鼠灌胃給予戊酸雌二醇混懸液,空白對(duì)照組、假手術(shù)組和OVX組大鼠灌服等體積的純凈水,每日1次,每周給藥6 d,休息1 d,連續(xù)給藥3個(gè)月。

      圖1 各組大鼠脛骨骨小梁分布情況 (甲苯胺藍(lán)染色)

      各組大鼠于對(duì)骨組織進(jìn)行熒光標(biāo)記[2]:處死前16 d和前3 d分別腹腔注射鹽酸四環(huán)素30 mg/kg體質(zhì)量。給藥結(jié)束后,取左側(cè)脛骨制作不脫鈣骨切片,用于骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)指標(biāo)的檢測(cè);制作肝組織石蠟切片,檢測(cè)肝臟Hepcidin mRNA;取右側(cè)脛骨脫鈣,制作冰凍切片,檢測(cè)大鼠脛骨骨髓中Fpn1、OPG、RANKL 的mRNA表達(dá)。

      1.5.2 指標(biāo)檢測(cè) (1)骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)指標(biāo)檢測(cè)[3-6]:取大鼠左側(cè)脛骨進(jìn)行塑料包埋,使用2040切片機(jī)縱向切取5 μm不脫鈣骨切片制作2張,一張用甲苯胺藍(lán)染色,另一張直接進(jìn)行熒光觀察。采用Leica Qwin V3圖像分析系統(tǒng),對(duì)不脫鈣骨切片進(jìn)行骨組織形態(tài)計(jì)量分析:①骨量檢測(cè):測(cè)量骨小梁面積占被測(cè)骨髓腔總面積的百分比,即骨小梁面積百分比(TBV%),這是衡量骨量水平的主要標(biāo)志;②骨吸收情況檢測(cè):測(cè)量不規(guī)則、凹凸不平的骨小梁表面占骨小梁表面的百分比,即骨小梁吸收表面百分比(TRS%),據(jù)此判斷破骨細(xì)胞的活性;③骨形成情況檢測(cè):骨小梁形成表面百分比(TFS%):有成骨細(xì)胞被覆的類骨質(zhì)表面占骨小梁表面的百分比;④類骨質(zhì)平均寬度(OSW):皮質(zhì)內(nèi)表面有成骨細(xì)胞被覆的類骨質(zhì)平均寬度,反映皮質(zhì)骨的成骨細(xì)胞活性;⑤骨小梁礦化率(MAR):指骨小梁表面熒光雙標(biāo)記帶的平均距離除以2次標(biāo)記相隔的天數(shù),可反映骨小梁礦化速度;⑥骨皮質(zhì)礦化率(mAR):皮質(zhì)內(nèi)表面熒光雙標(biāo)記帶的平均距離除以2次標(biāo)記相隔的天數(shù),可反映皮質(zhì)骨礦化速度。

      (2)Hepcidin、Fpn1、OPG及RANKL mRNA表達(dá)的檢測(cè):采用原位雜交法分別檢測(cè)各組大鼠肝組織中Hepcidin mRNA及脛骨骨髓中Fpn1、OPG及RANKL mRNA的表達(dá)。結(jié)果判斷,陽(yáng)性反應(yīng)細(xì)胞呈棕黃色,用Leica-Qwin圖像分析系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。隨機(jī)檢測(cè)5個(gè)高倍視野(×400),計(jì)算每個(gè)視野內(nèi)的積分光密度(IOD),求其平均值作為mRNA表達(dá)強(qiáng)度。

      2 結(jié)果

      2.1 左歸丸對(duì)卵巢切除所致骨質(zhì)疏松大鼠骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)指標(biāo)的影響

      2.1.1 左歸丸對(duì)卵巢切除所致骨質(zhì)疏松大鼠脛骨TBV%的影響 圖1表1顯示,OVX組大鼠脛骨TBV%顯著低于假手術(shù)組。E2組、左歸丸組大鼠脛骨TBV%較OVX組顯著增高,但仍顯著低于假手術(shù)組。

      2.1.2 左歸丸對(duì)卵巢切除所致骨質(zhì)疏松大鼠脛骨TRS %和TFS %的影響 表2顯示,與假手術(shù)組比較,OVX組大鼠脛骨TRS %和TFS %均顯著增高。E2組和左歸丸組的大鼠脛骨TRS %和TFS %均顯著低于OVX組,且E2組大鼠脛骨TFS %與假手術(shù)組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;但左歸丸組大鼠的脛骨TRS %和TFS %以及E2組大鼠的TRS %仍明顯高于假手術(shù)組。

      表1 各組大鼠脛骨TBV%的變化

      注:與假手術(shù)組比較:*P<0.05,**P<0.01;與OVX組比較:△P<0.05,△△P<0.01(下同)

      表2 各組大鼠脛骨TRS %和TFS %的變化

      2.1.3 左歸丸對(duì)卵巢切除所致骨質(zhì)疏松大鼠脛骨OSW、MAR和mAR的影響 表3顯示,OVX組大鼠的脛骨OSW、MAR、mAR均顯著高于假手術(shù)組。與OVX組比較,E2組和左歸丸組的大鼠脛骨OSW、MAR、mAR均顯著降低;E2組的上述指標(biāo)與假手術(shù)組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,但左歸丸組的OSW、MAR、mAR仍顯著高于假手術(shù)組。

      表3 各組大鼠脛骨OSW、MAR、mAR的變化

      2.2 Hepcidin、Fpn1、OPG及RANKL mRNA表達(dá)的檢測(cè)

      2.2.1 左歸丸對(duì)卵巢切除所致骨質(zhì)疏松大鼠肝組織中Hepcidin mRNA表達(dá)的影響 表4顯示,與假手術(shù)組比較,OVX組大鼠肝組織中Hepcidin mRNA表達(dá)IOD顯著降低;與OVX組比較,E2組和左歸丸組的肝組織中Hepcidin mRNA表達(dá)IOD則明顯升高,但仍顯著低于假手術(shù)組。

      表4 各組大鼠肝組織中Hepcidin mRNA的變化

      2.2.2 左歸丸對(duì)卵巢切除所致骨質(zhì)疏松大鼠脛骨骨髓中Fpn1 mRNA表達(dá)的影響 表5顯示,與假手術(shù)組比較,OVX組大鼠的脛骨骨髓中Fpn1 mRNA表達(dá)IOD顯著增高;與OVX組比較,E2、左歸丸組的Fpn1 mRNA表達(dá)IOD顯著降低,但仍明顯高于假手術(shù)組。

      表5 各組大鼠脛骨骨髓中Fpn1 mRNA表達(dá)的變化

      2.2.3 左歸丸對(duì)卵巢切除所致骨質(zhì)疏松大鼠脛骨骨髓中OPG、RANKL mRNA表達(dá)的影響 表6顯示,與假手術(shù)組比較,OVX組大鼠的脛骨骨髓中OPG mRNA表達(dá)IOD顯著降低;與OVX組比較,E2組、左歸丸組的OPG mRNA表達(dá)陽(yáng)性密度明顯增高,且E2組OPG mRNA表達(dá)IOD與假手術(shù)組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;左歸丸組OPG mRNA表達(dá)IOD仍明顯低于假手術(shù)組。

      與假手術(shù)組比較,OVX組大鼠脛骨骨髓中RANKL mRNA表達(dá)IOD顯著增高;與OVX組比較,E2組、左歸丸組RANKL mRNA表達(dá)的IOD均顯著下降,但仍高于假手術(shù)組。

      表6 各組大鼠脛骨骨髓中OPG、RANKL mRNA表達(dá)的變化

      3 討論

      腎藏精,精生髓,髓為骨之養(yǎng),髓充則骨堅(jiān)有力,髓虛則骨脆易折?!端貑?wèn)·六節(jié)藏象論》云:“腎者……其充在骨。”由此可知,骨骼中的骨量多少與“腎”的虛實(shí)狀態(tài)緊密相關(guān)。左歸丸是補(bǔ)精益腎的代表方劑。本研究結(jié)果顯示,OVX組大鼠脛骨TBV%顯著低于假手術(shù)組,而反映骨吸收情況的指標(biāo)TRS%、反映骨形成情況的指標(biāo)TFS%、OSW、MAR、mAR較假手術(shù)組均有顯著增高,說(shuō)明卵巢切除可以導(dǎo)致大鼠骨量顯著降低,同時(shí)骨吸收與骨形成均明顯升高,即形成高轉(zhuǎn)換型骨質(zhì)疏松癥動(dòng)物模型;與OVX組比較,左歸丸組的TBV%顯著增高,而TRS%、TFS%、OSW、MAR、mAR水平明顯低于OVX組,表明經(jīng)左歸丸治療后可提高OVX大鼠的骨量,并降低過(guò)高的骨轉(zhuǎn)化率。這與我們以往的研究結(jié)果相一致[7-12]。

      近年研究發(fā)現(xiàn),鐵調(diào)素是維持鐵穩(wěn)態(tài)、糾正 “鐵過(guò)載”的關(guān)鍵物質(zhì),而鐵過(guò)載是骨質(zhì)疏松癥發(fā)生的危險(xiǎn)因素[13-15]。Hepcidin由肝細(xì)胞合成后,通過(guò)血液調(diào)控鐵的分布與小腸對(duì)鐵的吸收。鐵調(diào)素水平下降,不能誘導(dǎo)其受體-膜轉(zhuǎn)鐵蛋白(Fpn)內(nèi)陷降解,因此鐵離子不斷從細(xì)胞內(nèi)輸出,釋放入血的鐵不斷增加,最終造成鐵過(guò)載;由于體內(nèi)鐵水平的升高,成骨細(xì)胞分化受到抑制,功能降低,骨形成減少;同時(shí)破骨細(xì)胞活性增強(qiáng)、骨吸收增加、骨量減少,可導(dǎo)致骨質(zhì)疏松癥。本研究檢測(cè)各組大鼠肝臟組織中Hepcidin mRNA的表達(dá),以及大鼠脛骨骨髓中Hepcidin受體Fpn1 mRNA的表達(dá),研究結(jié)果顯示,與假手術(shù)組比較OVX組大鼠肝臟中Hepcidin的mRNA表達(dá)強(qiáng)度均明顯降低,大鼠脛骨骨髓中Fpn1 mRNA表達(dá)強(qiáng)度則明顯增強(qiáng)。與OVX組比較,左歸丸組的大鼠肝臟Hepcidin mRNA表達(dá)強(qiáng)度明顯增高,骨髓中Fpn1表達(dá)強(qiáng)度則明顯下調(diào),說(shuō)明大鼠切除卵巢后,Hepcidin水平降低,其與受體Fpn1的結(jié)合受到抑制,而左歸丸可在一定程度上逆轉(zhuǎn)這一過(guò)程。

      OPG/RANKL是非常重要的骨代謝調(diào)控通路,在破骨細(xì)胞生成、發(fā)育、激活等一系列過(guò)程中起至關(guān)重要的作用,是體內(nèi)細(xì)胞因子發(fā)揮作用、調(diào)節(jié)骨代謝的最終環(huán)節(jié)。RANKL主要參與破骨細(xì)胞的分化和激活,OPG是RANKL的天然阻滯受體,可抑制破骨細(xì)胞活化,保護(hù)骨組織。以往的研究表明[16-18],左歸丸對(duì)骨質(zhì)疏松癥大鼠體內(nèi)OPG、RANKL有調(diào)節(jié)作用?,F(xiàn)有研究證實(shí),鐵調(diào)素對(duì)OPG具有調(diào)節(jié)作用[19-20]。本研究結(jié)果顯示,OVX組大鼠脛骨OB和MSC中OPG mRNA的表達(dá)強(qiáng)度較假手術(shù)組明顯降低,RANKL mRNA的表達(dá)強(qiáng)度則明顯升高;與OVX組比較,左歸丸組的OPG mRNA表達(dá)強(qiáng)度明顯增高,RANKL mRNA的表達(dá)強(qiáng)度則明顯降低。這一結(jié)果說(shuō)明,左歸丸對(duì)OPG/RANKL信號(hào)通路具有一定的調(diào)節(jié)作用,即上調(diào)OPG表達(dá),同時(shí)下調(diào)RANKL的表達(dá),最終使破骨細(xì)胞活性降低,骨吸收減少,以達(dá)到治療骨質(zhì)疏松癥的作用。這可能是左歸丸的直接作用,也可能是通過(guò)調(diào)節(jié)Hepcidin水平而實(shí)現(xiàn)的。

      綜上所述,大鼠去卵巢3個(gè)月后可成功復(fù)制經(jīng)典的腎虛型骨質(zhì)疏松癥模型。在腎虛狀態(tài)下,Hepcidin水平降低,骨髓細(xì)胞上的Fpn1內(nèi)陷降解因而被抑制,使鐵離子過(guò)多轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞外,導(dǎo)致鐵過(guò)載,從而刺激破骨細(xì)胞的活性;其下游的OPG/RANKL信號(hào)通路亦被影響,其RANKL表達(dá)增加而OPG表達(dá)減少,促進(jìn)破骨細(xì)胞的生成、分化和激活,最終導(dǎo)致破骨細(xì)胞異?;钴S,骨量丟失加劇。而左歸丸一方面可通過(guò)提高Hepcidin水平,改善卵巢切除所致的鐵過(guò)載,進(jìn)而對(duì)下游的OPG/RANKL信號(hào)通路起到一定的調(diào)節(jié)作用;另一方面,亦可直接作用于OPG/RANKL信號(hào)通路,上調(diào)OPG表達(dá)而下調(diào)RANKL的表達(dá),最終使破骨細(xì)胞活性降低,減少骨量丟失,這是其能夠治療骨質(zhì)疏松癥的機(jī)理之一。

      [1] 李岳澤. 基于鐵調(diào)素探討左歸丸對(duì)去卵巢大鼠骨質(zhì)疏松癥的治療作用及機(jī)理[D]. 北京:中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院,2016.

      [2] 劉梅潔. 滋補(bǔ)腎陰法對(duì)糖皮質(zhì)激素所致骨質(zhì)疏松大鼠Wnt信號(hào)傳導(dǎo)的影響[D]. 北京:中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院,2009.

      [3] 李鴻泓. 基于破骨細(xì)胞分化調(diào)節(jié)通路OPG/RANKL探討補(bǔ)腎健脾方治療骨質(zhì)疏松癥的作用機(jī)理[D]. 北京:中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院,2013.

      [4] 劉梅潔,李鴻泓,王少君,等. 骨質(zhì)疏松癥脾腎兩虛型病證結(jié)合動(dòng)物模型的建立[J]. 中國(guó)中醫(yī)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)雜志,2012,18(8):836-838.

      [5] 鞠大宏,李鴻泓,劉紅,等. 補(bǔ)腎健脾方對(duì)大鼠脾腎兩虛型骨質(zhì)疏松癥的治療作用[J].中華中醫(yī)藥雜志,2012,27(12):3207-3210.

      [6] 胡華剛,陶黎,吳佳瑩,等. “髓減致痿”病機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)中醫(yī)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)雜志,2016,22(11):1469-1471.

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      R285.5

      B

      1006-3250(2017)11-1548-04

      國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81473551)

      吳佳瑩(1992-),山西運(yùn)城人,醫(yī)學(xué)碩士,從事中醫(yī)藥防治骨質(zhì)疏松癥的基礎(chǔ)研究。

      △通訊作者:鞠大宏(1963-),遼寧鳳城人,研究員,博士研究生導(dǎo)師,從事中醫(yī)痹癥的臨床與基礎(chǔ)研究,Tel:13641386362,E-mail:judahong@126.com。

      2017-04-11

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