甲基苯丙胺對(duì)急性中毒期和停藥期的大鼠心室肌鉀、鈉離子通道表達(dá)的影響
發(fā)布時(shí)間:2017-05-26 16:18
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【摘要】:研究背景 甲基苯丙胺(Methamphetamine, MA)是一種屬于苯丙胺類的精神興奮劑,俗稱為冰毒,是聯(lián)合國(guó)精神藥品公約管制的精神活性毒品,具有價(jià)格相對(duì)低廉、見效快和藥效維持時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn),使之成為了廣泛被濫用的毒品。甲基苯丙胺在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中是一種高度活躍的興奮劑,從而導(dǎo)致成癮行為。但其在作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的同時(shí),也對(duì)心血管系統(tǒng)產(chǎn)生毒性影響,包括血管收縮、動(dòng)脈缺血、心率增加、血壓增加、心律失常和心律失常性猝死等已經(jīng)被廣泛的報(bào)道,成為了甲基苯丙胺心臟毒性的指標(biāo)。 甲基苯丙胺除了對(duì)心率和血壓有影響,也擾亂了心臟的電活動(dòng)協(xié)調(diào),造成心電圖中QT間隔的延長(zhǎng),因此,甲基苯丙胺誘導(dǎo)的心臟性猝死可能與心臟的電活動(dòng)異常有關(guān)。甲基苯丙胺濫用者的心電圖中QT間隔的延長(zhǎng),提示了甲基苯丙胺濫用者易患有心室性心律失常,尤其是扭轉(zhuǎn)型室性心動(dòng)過速。這些電生理的變化可能歸因于甲基苯丙胺對(duì)心臟離子通道的影響。 甲基苯丙胺可能直接作用于離子通道從而導(dǎo)致心律失常,也可能是甲基苯丙胺引起心肌細(xì)胞損傷后,細(xì)胞內(nèi)離子及電生理活動(dòng)發(fā)生了改變,導(dǎo)致了心電節(jié)律異常,從而間接導(dǎo)致了心臟的毒性損傷。但是,甲基苯丙胺對(duì)心臟離子通道的表達(dá)的影響并沒有被證實(shí)。 本實(shí)驗(yàn)從體外及體內(nèi)兩個(gè)研究體系入手,主要研究甲基苯丙胺是否可以影響鉀離子通道和鈉離子通道相關(guān)亞基的表達(dá),探討甲基苯丙胺對(duì)心臟的毒性作用。分析甲基苯丙胺對(duì)大鼠心室肌離子通道的表達(dá)水平的影響。同時(shí),對(duì)甲基苯丙胺停藥后大鼠心室肌離子通道的表達(dá)的可逆效應(yīng)作出評(píng)估,探討甲基苯丙胺引起的電生理重構(gòu)后果與離子通道表達(dá)重構(gòu)之間的聯(lián)系。 目的 通過在體外環(huán)境構(gòu)建甲基苯丙胺染毒原代培養(yǎng)新生大鼠心室肌細(xì)胞毒性模型,調(diào)查甲基苯丙胺對(duì)大鼠心室肌細(xì)胞離子通道的影響;通過在體內(nèi)環(huán)境構(gòu)建甲基苯丙胺急性中毒大鼠模型,驗(yàn)證體外環(huán)境甲基苯丙胺對(duì)原代培養(yǎng)新生大鼠心室肌細(xì)胞的毒性作用,研究及分析甲基苯丙胺對(duì)大鼠心室肌離子通道的表達(dá)水平的影響;建立急性中毒后不同時(shí)間的停藥模型,探討甲基苯丙胺對(duì)大鼠心室肌離子通道影響的可恢復(fù)性和停止染毒后不同時(shí)間的恢復(fù)程度。 以上研究為甲基苯丙胺誘導(dǎo)心律失常發(fā)生,提供分子和電生理機(jī)制的基礎(chǔ)。 方法 本實(shí)驗(yàn)分成兩個(gè)部分,分別從體外與體內(nèi)兩個(gè)方向?qū)谆奖芬鸬男氖壹《拘赃M(jìn)行研究。 一、甲基苯丙胺對(duì)新生大鼠心室肌細(xì)胞的影響 1、甲基苯丙胺染毒原代培養(yǎng)新生大鼠心室肌細(xì)胞模型的建立 (1)出生1天內(nèi)的SD乳鼠,雌雄不拘,心室肌細(xì)胞分離及原代培養(yǎng),將培養(yǎng)72h已呈規(guī)律搏動(dòng)的心室肌細(xì)胞隨機(jī)分為四組,棄去培養(yǎng)基,Hank's液輕柔洗滌一次,按照0.5/1.0/1.5mM濃度分別給予含有相應(yīng)濃度甲基苯丙胺的D-MEM液,并設(shè)立對(duì)照組,一并放入C02培養(yǎng)箱內(nèi)繼續(xù)培養(yǎng)。 (2)甲基苯丙胺染毒后對(duì)心室肌細(xì)胞進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀察。 2、甲基苯丙胺對(duì)原代培養(yǎng)新生大鼠心室肌鉀、鈉離子通道蛋白影響 (1)實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù):檢測(cè)甲基苯丙胺作用原代培養(yǎng)新生大鼠心室肌細(xì)胞SCNNIA, SCNNIB, KCNA4, KCNA7, KCNC4, KCND2, KCNJ2, KCNJ12, KCNJ4, KCNJ14基因表達(dá)水平。 (2)Western Blot技術(shù):檢測(cè)甲基苯丙胺作用原代培養(yǎng)新生大鼠心室肌細(xì)胞SCNN1A,SCNN1B,KCNA4,KCNA7,KCNC4,KCND2,KCNJ2,KCNJ12,KCNJ4, KCNJ14蛋白表達(dá)水平。二、甲基苯丙胺對(duì)急性中毒期和停藥期的大鼠心室肌的影響 1、急性組和停藥組甲基苯丙胺中毒大鼠模型建立 (1)急性組(M1組):200-220g雄性SD大鼠10只,單籠飼養(yǎng),飼養(yǎng)于晝夜循環(huán)(光照14小時(shí)/天)空調(diào)恒溫25℃的動(dòng)物房,自由進(jìn)食飲水,適應(yīng)一周后,腹腔注射5mg/Kg甲基苯丙胺生理鹽水溶液,2次/天(8AM及8PM各1次),連續(xù)給藥一周(共14次)。建模成功后24小時(shí)心臟取材。 (2)停藥組:200-220g雄性SD大鼠40只,隨機(jī)分成W1、W2、W4和W8四組,每組10只,單籠飼養(yǎng),飼養(yǎng)于晝夜循環(huán)(光照14小時(shí)/天)空調(diào)恒溫25℃的動(dòng)物房,自由進(jìn)食飲水,適應(yīng)一周后,腹腔注射5mg/Kg甲基苯丙胺生理鹽水溶液,2次/天(8AM及8PM各1次),連續(xù)給藥一周(共14次)。急性中毒建模成功后,停藥喂養(yǎng)一周(Wl組)、兩周(W2組)、四周(W4組)、八周(W8組),建模成功后24小時(shí)心臟取材。 (3)對(duì)照組(S1組):200-220g雄性SD大鼠10只,將甲基苯丙胺生理鹽水溶液換為等量生理鹽水溶液,余處理同急性組,建模成功后24小時(shí)心臟取材。 2、甲基苯丙胺對(duì)急性中毒期和停藥期的大鼠心室肌鉀離子通道表達(dá)的影響 (1)實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù):檢測(cè)甲基苯丙胺作用急性組和停藥組大鼠KCNA4, KCNA7,KCNC4,KCND2,KCNJ2,KCNJ12,KCNJ4,KCNJ14基因表達(dá)水平. (2)Western Blot技術(shù):檢測(cè)甲基苯丙胺作用急性組和停藥組大鼠KCNA4,KCNA7,KCNC4,KCND2,KCNJ2,KCNJ12,KCNJ4,KCNJ14蛋白表達(dá)水平. 結(jié)果 一、甲基苯丙胺對(duì)新生大鼠心室肌細(xì)胞的影響 1、甲基苯丙胺染毒原代培養(yǎng)新生大鼠心室肌細(xì)胞模型的建立 甲基苯丙胺給藥24小時(shí)后,0.5mM、1.0mM組及1.5mM組細(xì)胞搏動(dòng)頻率增快,細(xì)胞的形態(tài)未見明顯變化。給藥48小時(shí)后,0.5mM組細(xì)胞細(xì)胞搏動(dòng)逐漸平復(fù)回落,少數(shù)的細(xì)胞變圓變扁梭;1.OmM組細(xì)胞搏動(dòng)逐漸平復(fù)并明顯變慢,并呈不規(guī)則搏動(dòng),細(xì)胞變圓變扁梭;1.5mM組細(xì)胞搏動(dòng)頻率不規(guī)則并明顯變慢。隨著染毒時(shí)間的遞增,細(xì)胞損傷加重,最終細(xì)胞停止搏動(dòng),白皿上脫落、死亡。1.5mM組細(xì)胞損傷程度較1.0mM組為重并且快。在此期間,對(duì)照組心室肌細(xì)胞生長(zhǎng)良好,細(xì)胞搏動(dòng)規(guī)則有力。 2、甲基苯丙胺對(duì)新生大鼠心室肌細(xì)胞鉀、鈉離子通道表達(dá)的影響 0.5mM濃度的甲基苯丙胺染毒處理原代培養(yǎng)新生大鼠心室肌細(xì)胞鈉離子通道各亞基的轉(zhuǎn)錄水平和翻譯水平存在相應(yīng)的變化。甲基苯丙胺對(duì)新生大鼠心室肌細(xì)胞鈉離子通道SCNN1A, SCNN1B亞基的基因表達(dá)水平并無影響,與對(duì)照組相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P0.05).SCNNlA:Con為1.004±0.015,MA為1.039±0.051;SCNN1B:Con為1.004±0.025,MA為0.985±0.060。甲基苯丙胺對(duì)新生大鼠心室肌細(xì)胞鈉離子通道SCNN1A, SCNN1B亞基的蛋白表達(dá)水平并無影響,與對(duì)照組相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P0.05).(SCNN1A:Con為1.004±0.015,MA為1.069±0.081;SCNN1B:Con為1.004±0.025,MA為0.981±0.090)。0.5mM濃度的甲基苯丙胺染毒處理后原代培養(yǎng)新生大鼠心室肌細(xì)胞內(nèi)鉀離子通道各亞基KCNA4,KCNA7,KCNC4,KCND2,KCNJ2,KCNJ12,KCNJ4,KCNJ14的轉(zhuǎn)錄水平和翻譯水平存在相應(yīng)的下調(diào)變化,與對(duì)照組相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。轉(zhuǎn)錄水平:KCNA4:Con為1.000±0.013,MA為0.515±0.052;KCNA7:Con為1.000±0.011,MA為0.539±0.041;KCNC4:Con為1.000±0.020,MA為0.303±0.080;KCND2:Con為1.000±0.015,MA為0.366±0.050;KCNJ2:Con為1.000±0.022,MA為0.411±0.061;KCNJ12:Con為1.003±0.015,MA為0.343±0.063;KCNJ4:Con為1.002±0.019,MA為0.418±0.052;KCNJ14:Con為1.001±0.015,MA為0.537±0.041).翻譯水平:KCNA4:Con為1.004±0.019, MA為0.225±0.062;KCNA7:Con為1.001±0.015,MA為0.527±0.051;KCNC4:Con為1.001±0.036,MA為0.184±0.060;KCND2:Con為1.000±0.018,MA為0.555±0.050;KCNJ2:Con為1.003±0.016,MA為0.410±0.051;KCNJ12: Con為1.003±0.024,MA為0.298±0.050;KCNJ4:Con為1.006±0.015,MA為0.591±0.052;KCNJ14:Con為1.006±0.022,MA為0.398±0.041. 二、甲基苯丙胺對(duì)急性中毒期和停藥期的大鼠心室肌的影響 1、急性組和停藥組甲基苯丙胺中毒大鼠模型的建立 實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物腹腔注射甲基苯丙胺后約10分鐘開始出現(xiàn)活動(dòng)和行為異常,主要表現(xiàn)有立毛、翹尾,磨牙、運(yùn)動(dòng)增多、不自主的搖頭和點(diǎn)頭、自發(fā)轉(zhuǎn)圈運(yùn)動(dòng),遇響動(dòng)或輕微刺激易激惹、個(gè)別動(dòng)物啃咬前肢及足趾,實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物出現(xiàn)了刻板運(yùn)動(dòng)及自殘行為;顒(dòng)和行為異常持續(xù)至注射后4小時(shí)左右,藥效消退后動(dòng)物表現(xiàn)為活動(dòng)減少、蜷縮、進(jìn)食量減少。 2、甲基苯丙胺對(duì)急性中毒期和停藥期的大鼠心室肌鉀離子通道表達(dá)的影響 甲基苯丙胺急性中毒期的大鼠心室肌內(nèi)鉀通道蛋白的mRNA水平及蛋白水平表達(dá)的下降。KCNA4的mRNA表達(dá)下降55%,蛋白表達(dá)下降86%;KCNA7的mRNA表達(dá)下降69%,蛋白表達(dá)下降60%;KCNC4的mRNA表達(dá)下降77%,蛋白表達(dá)下降80%;KCND2的mRNA表達(dá)下降60%,蛋白表達(dá)下降53%;KCNJ2的mRNA表達(dá)下降79%,蛋白表達(dá)下降70%;KCNJ12的mRNA表達(dá)下降80%,蛋白表達(dá)下降81%;KCNJ4的mRNA表達(dá)下降67%,蛋白表達(dá)下降60%;KCNJ14的mRNA表達(dá)下降65%,蛋白表達(dá)下降86%。 甲基苯丙胺停藥期中,KCNA4在停藥后一周及兩周,mRNA表達(dá)未發(fā)生明顯變化,蛋白表達(dá)在停藥后一周恢復(fù)33%,在停藥后兩周恢復(fù)37%,在停藥后四周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)30%,蛋白表達(dá)恢復(fù)57%,在停藥后八周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)89%,蛋白表達(dá)恢復(fù)94%;KCNA7在停藥后一周,mRNA表達(dá)及蛋白表達(dá)均未發(fā)生明顯變化,在停藥后兩周,mRNA表達(dá)未發(fā)生明顯變化,蛋白表達(dá)恢復(fù)45%,在停藥后四周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)41%,蛋白表達(dá)恢復(fù)50%,在停藥后八周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)81%,蛋白表達(dá)恢復(fù)52%;KCNC4在停藥后一周,mRNA表達(dá)及蛋白表達(dá)均未發(fā)生明顯變化,在停藥后兩周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)24%,蛋白表達(dá)恢復(fù)34%,在停藥后四周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)66%,蛋白表達(dá)恢復(fù)62%,在停藥后八周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)75%,蛋白表達(dá)恢復(fù)89%;KCND2在停藥后一周,mRNA表達(dá)下降43%,蛋白表達(dá)下降47%,在停藥后兩周,mRNA表達(dá)下降12%,蛋白表達(dá)與給藥組沒有差異,在停藥后四周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)65%,蛋白表達(dá)恢復(fù)67%,在停藥后八周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)85%,蛋白表達(dá)恢復(fù)74%。 KCNJ2在停藥后一周,mRNA表達(dá)恢復(fù)20%,蛋白表達(dá)恢復(fù)25%,在停藥后兩周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)34%,蛋白表達(dá)恢復(fù)22%,在停藥后四周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)38%,蛋白表達(dá)恢復(fù)23%,在停藥后八周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)49%,蛋白表達(dá)恢復(fù)50%;KCNJ12在停藥后一周及兩周,mRNA表達(dá)及蛋白表達(dá)均未發(fā)生明顯變化,在停藥后四周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)35%,蛋白表達(dá)恢復(fù)39%,在停藥后八周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)66%,蛋白表達(dá)恢復(fù)68%;KCNJ4在停藥后一周,mRNA表達(dá)及蛋白表達(dá)均未發(fā)生明顯變化,在停藥后兩周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)26%,蛋白表達(dá)恢復(fù)21%,在停藥后四周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)36%,蛋白表達(dá)恢復(fù)12%,在停藥后八周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)42%,蛋白表達(dá)恢復(fù)16%;KCNJ14在停藥后一周,mRNA表達(dá)及蛋白表達(dá)均未發(fā)生明顯變化,在停藥后兩周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)38%,蛋白表達(dá)未發(fā)生明顯變化,在停藥后四周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)60%,蛋白表達(dá)未發(fā)生明顯變化,在停藥后八周后,mRNA表達(dá)恢復(fù)70%,蛋白表達(dá)恢復(fù)37%。 結(jié)論 本實(shí)驗(yàn)選擇了使用分化完成之前分離的原代培養(yǎng)新生大鼠心室肌細(xì)胞,不同濃度的甲基苯丙胺給藥后,細(xì)胞搏動(dòng)頻率均為開始時(shí)增快隨后減慢,隨著染毒時(shí)間的遞增,細(xì)胞損傷加重,最終細(xì)胞停止搏動(dòng)、死亡。 在體外研究體系中,甲基苯丙胺引起了鉀離子通道各亞基mRNA水平和蛋白水平的下降。甲基苯丙胺對(duì)心室肌細(xì)胞的瞬時(shí)外向鉀電流(Ito)和內(nèi)向整流鉀電流(IKl)通道有抑制性影響,對(duì)相應(yīng)的離子通道表達(dá)也有抑制性影響。由于運(yùn)作的離子通道的數(shù)量的減少可以導(dǎo)致Itp,IKl的減低,所以離子通道表達(dá)水平是一個(gè)合理的指標(biāo)去評(píng)估甲基苯丙胺對(duì)致心律失常性重構(gòu)涉及到的離子通道的影響。另外,轉(zhuǎn)錄或翻譯的Ito, Ik1基因減少也可以導(dǎo)致離子通道數(shù)量的減少。 急性組和停藥組甲基苯丙胺中毒大鼠模型的建立過程中能觀察到注射給藥后10分鐘左右,大鼠出現(xiàn)了明顯的毒性反應(yīng),活動(dòng)和行為異常、刻板運(yùn)動(dòng)及自殘行為。興奮、易激惹、不自主的轉(zhuǎn)圈、搖頭和點(diǎn)頭,并伴有呼吸深快、立毛、翹尾、磨牙、等改變。數(shù)小時(shí)后藥效消退,大鼠出現(xiàn)了精神萎靡、明顯的活動(dòng)減少、進(jìn)食量減少。這些表現(xiàn)均符合甲基苯丙胺中毒的藥理作用特點(diǎn)。 在體內(nèi)研究體系中,甲基苯丙胺引起了鉀離子通道各亞基mRNA水平和蛋白水平的下降。甲基苯丙胺對(duì)Ito, Ik1有抑制性影響,對(duì)相應(yīng)的鉀離子通道各亞基的表達(dá)也有抑制性影響。 甲基苯丙胺停藥后,鉀離子通道各亞基表達(dá)存在可逆變化。當(dāng)甲基苯丙胺停藥2周后,可以觀察到某些離子通道亞基的表達(dá)有略微可逆的調(diào)節(jié)。大多數(shù)離子通道亞基的表達(dá)則沒有改變。大多數(shù)離子通道亞基的表達(dá)在甲基苯丙胺停藥后兩周內(nèi)仍然保持相對(duì)不可逆轉(zhuǎn)的狀態(tài)。在一定的程度上,離子通道的功能會(huì)受到影響并可能誘導(dǎo)電流重構(gòu)。因此,這個(gè)時(shí)期正正可能是甲基苯丙胺誘導(dǎo)心律失常出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)期。 大多數(shù)離子通道亞基的表達(dá)在甲基苯丙胺停藥后四周開始恢復(fù)。甲基苯丙胺停藥后八周,所有的離子通道亞基均可觀察到表達(dá)的恢復(fù)。離子通道亞基表達(dá)的恢復(fù)可能有助于改善離子通道的功能,從而緩解對(duì)電流重構(gòu)的影響。 盡管如此,甲基苯丙胺停藥后八周各離子通道亞基恢復(fù)的表達(dá)與對(duì)照組的表達(dá)相比還是有一些差距。本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)表明,鉀離子通道各亞基的表達(dá)仍然無法恢復(fù)到對(duì)照組的表達(dá)水平,進(jìn)一步表明了即使甲基苯丙胺停藥后兩個(gè)月,鉀離子通道各亞基的表達(dá)重構(gòu)仍然繼續(xù)存在,因此,甲基苯丙胺誘導(dǎo)心律失常的風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)存在一段時(shí)間。 我們發(fā)現(xiàn)甲基苯丙胺停藥后八周,Kir2.0家族的可恢復(fù)性比其他亞基的恢復(fù)性較差。Kir2.0家族較差的可恢復(fù)性提示IkI電流和離子信號(hào)的改變?cè)黾恿诵穆墒С0l(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。Ikl的生理功能是調(diào)整靜態(tài)電位和動(dòng)作電位的復(fù)極化。IKl的抑制可以提高膜電位和延長(zhǎng)動(dòng)作電位持續(xù)時(shí)間。研究結(jié)果表明,Kir2.0家族表達(dá)的重構(gòu)可能是甲基苯丙胺誘導(dǎo)心臟損傷在康復(fù)期晚期心律失常發(fā)生的一個(gè)可能的誘導(dǎo)因素。
【關(guān)鍵詞】:甲基苯丙胺 鉀離子通道 鈉離子通道 心臟毒性 心律失常
【學(xué)位授予單位】:南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2014
【分類號(hào)】:D919.1
【目錄】:
- 摘要3-11
- ABSTRACT11-21
- 前言21-30
- 參考文獻(xiàn)25-30
- 第一章 甲基苯丙胺對(duì)新生大鼠心室肌細(xì)胞的影響30-52
- 第一節(jié) 甲基苯丙胺染毒原代培養(yǎng)新生大鼠心室肌細(xì)胞模型的建立30-35
- 1.1 材料與方法30-33
- 1.2 結(jié)果33-34
- 1.3 討論34-35
- 第二節(jié) 甲基苯丙胺對(duì)新生大鼠心室肌細(xì)胞鉀、鈉離子通道表達(dá)的影響35-50
- 2.1 材料與方法35-46
- 2.2 結(jié)果46-49
- 2.3 討論49-50
- 參考文獻(xiàn)50-52
- 第二章 甲基苯丙胺對(duì)急性中毒期和停藥期的大鼠心室肌的影響52-88
- 第一節(jié) 急性組和停藥組甲基苯丙胺中毒大鼠模型的建立52-56
- 1.1 材料與方法52-54
- 1.2 結(jié)果54
- 1.3 討論54-56
- 第二節(jié) 甲基苯丙胺對(duì)急性中毒期和停藥期的大鼠心室肌鉀離子通道表達(dá)的影響56-86
- 2.1 方法與材料56-66
- 2.2 結(jié)果66-84
- 2.3 討論84-86
- 參考文獻(xiàn)86-88
- 全文小結(jié)88-89
- 中英文縮略對(duì)照表89-90
- 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表及撰寫論文情況90-91
- 致謝91-92
【參考文獻(xiàn)】
中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條
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本文編號(hào):397432
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