黑质区
表达
TFEB
C57_BL6
小鼠
运动
功能
影响
第5 9卷 第3期2 0 2 3年0 6月青 岛 大 学 学 报(医 学 版)J OUR NA LO FQ I N G D AOUN I V E R S I T Y(ME D I C A LS C I E N C E S)V o l.5 9,N o.3J u n e 2 0 2 3 收稿日期2 0 2 2-1 1-0 3;修订日期2 0 2 3-0 6-1 3 基金项目国家自然科学基金面上项目(3 2 1 7 0 9 8 4)第一作者刘琳(1 9 9 6-),女,硕士研究生。通信作者谢俊霞(1 9 5 6-),女,博士,教授,博士生导师。E-m a i l:j x i a x i e p u b l i c.q d.s d.c n。黑质区过表达T F E B对C 5 7/B L 6小鼠运动功能影响刘琳,陈蕾蕾,谢俊霞(青岛大学基础医学院生理学与病理生理学系,山东 青岛 2 6 6 0 7 1)摘要 目的 探究黑质区过表达转录因子E B(T F E B)对C 5 7/B L 6小鼠运动功能的影响。方法 8周龄雄性C 5 7/B L 6小鼠3 0只,随机分为2组,每组1 5只。采用脑立体定位注射方法,将携带有T F E B的腺相关病毒(AAV-T F E B)注射至实验组小鼠黑质区,对照组小鼠注射相同剂量的空载腺相关病毒(AAV-m C h e r r y)。4周后,采用免疫荧光和免疫印迹方法检测小鼠黑质区是否高表达T F E B,利用旷场、转棒和爬杆实验评估高表达T F E B小鼠的运动功能变化。结果 脑立体定位注射腺相关病毒4周后,可检测到小鼠黑质区高表达T F E B。旷场实验显示,实验组小鼠的运动总距离较对照组增加,差异具有统计学意义(t=2.7 7 6,P0.0 5)。转棒实验显示,两组小鼠运动疲劳状态差异无显著性(t=1.0 1 7,P0.0 5)。爬杆实验显示,两组小鼠的运动协调能力差异无显著性(t=0.2 6 4,P0.0 5)。结论 黑质区高表达T F E B能够增强C 5 7/B L 6小鼠的持续运动能力。关键词 转录因子;黑质;运动活动;小鼠 中图分类号 R 3 3 8.2 文献标志码 A 文章编号 2 0 9 6-5 5 3 2(2 0 2 3)0 3-0 3 2 5-0 4d o i:1 0.1 1 7 1 2/j m s.2 0 9 6-5 5 3 2.2 0 2 3.5 9.0 9 3 开放科学(资源服务)标识码(O S I D)网络出版 h t t p s:/l i n k.c n k i.n e t/u r l i d/3 7.1 5 1 7.R.2 0 2 3 0 8 0 7.0 9 2 0.0 0 4;2 0 2 3-0 8-0 7 1 6:3 6:2 5E F F E C T SO FO V E R E X P R E S S I O NO FT R A N S C R I P T I O NF A C T O RE BI NT H ES U B S T A N T I AN I G R AO N MO T O RF U N C T I O NI NC 5 7/B L 6M I C E L I U L i n,CHEN L e i l e i,X I EJ u n x i a(D e p a r t m e n to fP h y s i o l o g ya n dP a t h o p h y s i o l o g y,S c h o o lo fB a s i cM e d i c i n e,Q i n g d a oU n i v e r s i t y,Q i n g d a o2 6 6 0 7 1,C h i n a)A B S T R A C T O b j e c t i v e T o i n v e s t i g a t e t h ee f f e c t so f o v e r e x p r e s s i o no f t h e t r a n s c r i p t i o n f a c t o rE B(T F E B)o nm o t o r f u n c-t i o n i nC 5 7/B L 6m i c e.M e t h o d s T h i r t y8-w e e k-o l dm a l eC 5 7/B L 6m i c ew e r e r a n d o m l yd i v i d e d i n t o t w og r o u p s,w i t h1 5m i c ei ne a c hg r o u p.T h ee x p e r i m e n t a l g r o u pr e c e i v e ds t e r e o t a c t i c i n j e c t i o no f a na d e n o-a s s o c i a t e dv i r u s c a r r y i n gt h eT F E Bg e n e(AAV-T F E B)i n t o t h e s u b s t a n t i an i g r a.T h e c o n t r o l g r o u pr e c e i v e d i n j e c t i o no f t h e s a m ed o s eo f a ne m p t ya d e n o-a s s o c i a t e dv i r u s(AAV-mC h e r r y).A f t e r f o u rw e e k s,t h ep r e s e n c eo r a b s e n c eo f h i g hT F E Be x p r e s s i o n i n t h e s u b s t a n t i an i g r aw a s d e t e r m i n e db y i mm u n o-f l u o r e s c e n c e a s s a ya n dW e s t e r nb l o t.T h em o t o r f u n c t i o no fm i c ew i t hh i g hT F E Be x p r e s s i o nw a s e v a l u a t e db yu s i n g t h eo p e n f i e l d,r o t a r o d,a n dp o l e t e s t s.R e s u l t s H i g he x p r e s s i o no fT F E Bw a sd e t e c t e d i nt h e s u b s t a n t i an i g r a f o u rw e e k s a f t e r s t e r e o t a c t i c i n-j e c t i o no fAAV-T F E B.T h eo p e nf i e l dt e s t s h o w e dt h a t t h e t o t a l d i s t a n c eo fm o v e m e n to f t h em i c e i nt h ee x p e r i m e n t a l g r o u pw a ss i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e dc o m p a r e dw i t h t h a t o f t h e c o n t r o l g r o u p(t=2.7 7 6,P0.0 5).I n t h e r o t a r o d t e s t,t h e r ew a sn os i g n i f i c a n t d i f f e r e n c eb e t w e e n t h e t w og r o u p s i n f a-t i g u er e s i s t a n c e(t=1.0 1 7,P0.0 5).I nt h ep o l et e s t,t h e r ew a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e i nt h em o t o rc o o r d i n a t i o na b i l i t yo f t h et w og r o u p s(t=0.2 6 4,P0.0 5).C o n c l u s i o n O v e r e x p r e s s i o no fT F E B i n t h e s u b s t a n t i an i g r a c o u l de n h a n c e t h ep e r s i s t e n tm o-t o r f u n c t i o no fC 5 7/B L 6m i c e.K E Y WO R D S t r a n s c r i p t i o nf a c t o r s;s u b s t a n t i an i g r a;m o t o ra c t i v i t y;m i c e 帕金森病(P D)是第二大常见的与年龄相关的神经退行性疾病,其主要的临床症状为静止性震颤、肌僵直、运动迟缓和姿势不稳1-4。随着年龄的增加,不同的铁复合物会在与运动和认知障碍相关的大脑区域积聚5,造成P D病人的行为运动障碍,而溶酶体在细胞铁运输和体内铁平衡中起着关键作用6-7。转录因子E B(T F E B)是调节溶酶体再生和自噬的主要转录调节因子8。已有研究结果表明,高表达T F E B能够逆转溶酶体的功能,在神经退行性疾病中发挥神经保护作用9-1 1,是预防或者治疗P D的有效策略之一。目前,已报道的实验研究主要集中在T F E B如何影响溶酶体的生成及如何清除病理性蛋白聚集1 2,T F E B是否影响运动行为尚不清楚。本实验室前期研究表明,T F E B可能使细胞内铁储存能力增强,从而保护细胞免受铁死亡的影响1 3。本实验旨在评估T F E B对小鼠运动功能 3 2 6青 岛 大 学 学 报(医 学 版)5 9卷的影响,从而为防治P D的运动功能障碍提供实验依据。1 材料和方法1.1 实验材料1.1.1 实验动物 7周龄的S P F级C 5 7/B L 6小鼠3 0只,购于北京维通利华实验技术有限公司。小鼠每5只一笼,饲养于室温(2 12)、湿度(5 05)%、1 2/1 2h昼夜循环光照条件下,可自由饮水和摄食,饲养到8周龄。1.1.2 主要试剂 腺相关病毒(AAV)购于和元生物技术(上海)股份有限公司,加入1P B S无菌缓冲液将空载AAV(AAV-m C h e r r y)和携带有T F E B的AAV(AAV-T F E B)稀释到相同的滴度。T F E B抗体购于P r o t e i n t e c h公司;甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GA P DH)抗体和羊抗兔二抗购于爱必信(上海)生物科技有限公司;二喹啉甲酸(B C A)蛋白定量试剂盒购自康为世纪;酪氨酸羟化酶(TH)抗体购于默克(M i l l i p o r e)生命科学有限公司。1.2 实验方法1.2.1 黑质区立体定位注射 将小鼠放入动物麻醉机(瑞沃德)诱导盒中,输入异氟烷与空气(11)的混合气体,当小鼠深度麻醉后,迅速将小鼠固定在脑立体定位仪上,调小异氟烷与空气输入量后持续供给。使用耳杆适配器固定小鼠头部,调节门齿的高度使小鼠头部平整,使耳杆适配器两侧读数一致。用剪刀剪去小鼠头顶的毛发,棉签蘸取碘附消毒后用手术剪剪开头部皮肤,将颅骨外侧暴露出来。用过氧化氢溶液和生理盐水擦拭头皮后,参照小鼠脑立体定位图谱,在台式双目体视显微镜(瑞沃德)下定位前囟和后囟,计算黑质区坐标。使用超微量注射器(W o r l dP r e c i s i o nI n s t r u m e n t s)在两侧黑质区注射AAV,对照组注射AAV-m C h e r r y,实验组注射AAV-T F E B,每侧黑质区注射2 0 0n L,注射流量为1.0n L/s,注射完成后留针1 0m i n。退针后,用碘附消毒伤口,缝合并打耳洞做好标记,将小鼠放在电暖气旁等待苏醒,苏醒后送回动物房正常饲养,4周后进行行为学实验。1.2.2 旷场实验 将高4 0c m、底部边长4 0c m、内壁为黑色且不透明的小鼠旷场反应箱,置于运动轨迹采集摄像头的正下方,镜头距离反应箱底部高度为2m。打开动物运动轨迹采集软件(E t h v i s i o n X T7)并设置相关参数后进行实验。整个实验在安静稳定的环境下进行。通过观察小鼠在旷场反应箱中运动总距离和通过中心区域次数对其自主运动能力进行评价。1.2.3 转棒实验 测试仪器为M e dA s s o c i a t e sI n c公司生产的转棒仪,将小鼠放在匀速转动仪器上适应1m i n,之后启动测试,仪器以44 0r/m i n速度转动,记录小鼠在转棒上的持续运动时间,测试总时长为5m i n。测试3次,每次间隔3 0m i n以上,取平均值。1.2.4 爬杆实验 爬杆装置(瑞沃德)为一根直径0.8c m、长5 0c m、顶部带有直径3c m圆球的木杆,用医用胶带缠绕其表面,防止小鼠打滑,其底部带有金属底座,放置于长1 0 0c m、宽5 0c m的白色塑料盒中,在里面加入2/3的新垫料。实验前1d,对所有实验小鼠进行适应性训练,第2天正式实验时,将小鼠放置在杆的小球处,头部向下,记录小鼠向下运动到底部的时间。共进行3次实验,取平均值。1.2.5 免疫荧光染色 病毒注射4周后,每组取6只小鼠,完全麻醉后迅速行腹腔灌注,断头取脑,用4 0g/L多聚甲醛固定。沉糖使小鼠脑完全脱水下沉之后进行冷冻切片。切好的脑片置于0.0 1m o l/LP B S中,室温下在摇床上清洗1 0 m i n去除包埋剂。干净的脑片放入4 0g/L多聚甲醛溶液中固定1 0m i n,用0.0 1m o l/LP B S清洗3次,每次1 0m i n,用封闭液封闭1h,随后将脑片分别置于配制好的TH和T F E B一抗稀释液中,4摇床上孵育过夜;用0.0 1m o l/LP B S清洗3次,每次1 0m i n,加入二抗稀释液,在室温下于摇床上避光孵育2h;加入4,6-二脒基-2-苯基吲哚染色液,继续孵育5m i n,用0.0 1m o l/LP B S清洗3次,每次1 0m i n。将处理好的脑片平铺到干净的病理防脱载玻片上,用甘油封片,避光放置。最后用O l y m p u s数字病理切片扫描系统荧光显微镜进行观察。1.2.6 免疫印迹法检测T F E B蛋白表达 小鼠灌注取脑后,迅速取出两侧黑质组织,按照组织质量加入配制好的裂解液,在冰上裂解3 0m i n,放入组织研磨仪中研磨,取出后静置3 0m i n,放入提前预冷至4的离心机中,以1 20 0 0r/m i n离心3 0m i n,取上清,用B C A蛋白定量试剂盒测定蛋白浓度。配制S D S-P AG E凝胶,在8 0V恒电压下跑胶,恒电流3 0 0mA9 0m i n转膜。转膜结束以后用5 0g/L脱脂奶粉配制的封闭液封闭1h。加入T F E B(110 0 0)一 抗,在恒温摇床上4孵育过夜。第2天 3期刘琳,等.黑质区过表达T F E B对C 5 7/B L 6小鼠运动功能影响3 2 7用T B S T洗 膜3次,每 次1 0m i n。加 入 山 羊 抗 兔(11 00 0 0)的HR P-I g G二抗,室温下孵育1h,用T B S T洗膜3次,每次1 0m i n。加入发光液后应用美国UV P凝胶成像系统采集图像。用I m a g eJ软件分析条带灰度值。1.3 统计学处理采用G r a p h P a dP r i s m7软件进行统计分析,实验结果以xs表示,两组间比较采用独立样本t检验,P0.0 5表示差异有统计学意义。2 结 果2.1 病毒在小鼠脑中的表达位置脑组织免疫荧光染色结果显示,对照组和实验组的AAV荧光可以与TH的绿色荧光共定位,提示AAV可在黑质区的多巴胺能神经元内表达。2.2 T F E B在小鼠黑质区中的表达免疫印迹结果显示,对照组和实验组小鼠黑质区组织中T F E B蛋白的表达水平分别为0.4 8 420.0 3 73和0.8 9 620.0 6 43(n=6)。与对照组相比,实验组小鼠黑质区T F E B蛋白表达水平明显上升,差异具有统计学意义(t=5.5 4 4,P0.0 5)。提示脑立体定位注射AAV-T F E B至小鼠黑质区4周后,可在多巴胺能神经元内有效高表达T F E B。2.3 高表达T F E B对小鼠运动功能的影响旷场实验结果显示,实验组小鼠的运动总距离较对照组增加,差异具有统计学意义(t=2.7 7 6,P0.0 5)。转棒实验结果显示,两组小鼠运动疲劳状态差异无显著意义(t=1.0 1 7,P0.0 5)。爬杆实验结果显示,两组小鼠的运动协调能力差异无显著性(t=0.2 6 4,P0.0 5)。见表1。表1 两组小鼠行为学结果比较(xs)组别n旷场实验运动总距离(l/c m)旷场实验通过中心区域次数转棒实验持续运动时间(t/s)爬杆实验运动到底部时间(t/s)对照组1 4 30 8 51 6 13 622 2 1.3 01 2.5 5 5.5 70.3 4实验组1 3 43 3 74 0 6*3 042 0 2.6 01 3.4 3 5.6 90.3 0 与对照组比较,*t=2.7 7 6,P0.0 5。3 讨 论P D的临床症状分为运动症状和非运动症状,运动症状是其典型表现1 4-1 5。而黑质多巴胺能神经元的丢失、-突触核蛋白聚集和铁沉积这些P D的主要病理特征往往在运动障碍出现之前就已经形成1 6-2 0。铁参与大脑中的许多基本生物过程,包括氧气运输、D NA合成、线粒体呼吸、髓磷脂合成以及神经递质合成和代谢5。铁稳态是维持正常生理脑功能所必需的,而铁稳态的失调可以通过不同的机制引起神经毒性5,2 1-2 2。当铁稳态失调时,很容易诱发铁死亡,铁死亡是一种依赖于细胞内铁积累而引起毒性脂质过氧化物活性氧升高的非凋亡细胞死亡形式2 3-2 5。在P D病人中,大量的铁在脑区聚集,所产生的反应性物质能够诱发脂质过氧化,进而加剧氧化应激,诱导脑中多巴胺能神经元的丢失。以上研究表明,铁在神经系统中发挥着重要作用,调节铁的代谢或可成为防治P D的有效策略之一。T F E B是碱性螺旋-环-螺旋亮氨酸拉链转录因子M i T/T F E家族的成员。M i T/T F E家族成员在很多细胞过程中都发挥关键作用,包括自噬-溶酶体生物发生2 6-2 7。有研究表明,高表达的T F E B能够促进溶酶体再生,而自噬和溶酶体通过降解铁蛋白参与铁死亡的诱导过程6。另有研究表明,海藻糖也可以通过T F E B促进自噬,改善多种神经退行性疾病模型中的疾病表型2 8。因此,T F E B是否可以通过影响脑内铁代谢从而影响P D的运动功能值得进一步探索。本实验在C 5 7/B L 6小鼠黑质区脑立体定位注射AAV-T F E B4周后,对小鼠进行行为学测试。爬杆实验用来评估运动协调能力,转棒实验用来评估运动疲劳,结果显示,两组小鼠运动协调能力和运动疲劳差异均无显著性。旷场实验用于观察小鼠在新环境中的自主运动行为,小鼠水平运动的总距离能够反映其运动能力,在中心区与外周区的通过次数和停留时间则反映其焦虑情况。本实验结果显示,高表达T F E B的小鼠无焦虑情况,但运动总距离显著增加,说明小鼠 的运动能力增 强,高表达T F E B可以调节小鼠的运动能力。结合已有研究结果,推测T F E B可能使细胞内铁储存能力增强,从而保护细胞免受铁死亡的影响,进而影响P D运动障碍的形成。综上所述,T F E B能够调节小鼠的运动功能,但它是否对P D模型小鼠的运动功能障碍具有保护作用仍需要进一步研究。参考文献1K E L L YJ,MOY E E DR,C AR RO L LC,e t a l.G e n ee x p r e s-3 2 8青 岛 大 学 学 报(医 学 版)5 9卷 s i o nm e t a-a n a l y s i so fP a r k i n s o nsd i s e a s ea n di t sr e l a t i o n s h i pw i t hA l z h e i m e rsd i s e a s eJ.M o l e c u l a rB r a i n,2 0 1 9,1 2(1):1 6.2C E R 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o p h a g o s o m e-l y s o s o m e f u s i o nJ.J o u r n a lo fN e u-r o c h e m i s t r y,2 0 1 8,1 4 5(1):3 4-5 0.1 1Z HUAN GXX,WAN GSF,T ANY,e t a l.P h a r m a c o l o g i c a le n h a n c e m e n to fT F E B-m e d i a t e da u t o p h a g ya l l e v i a t e dn e u r o n a ld e a t hi no x i d a t i v es t r e s s-i n d u c e dP a r k i n s o nsd i s e a s em o d e l sJ.C e l lD e a t h&D i s e a s e,2 0 2 0,1 1(2):1 2 8.1 2S A R D I E L L O M,P A LM I E R IM,R ON Z AAD,e t a l.Ag e n en e t w o r kr e g u l a t i n gl y s o s o m a lb i o g e n e s i sa n df u n c t i o nJ.S c i e n c e,2 0 0 9,3 2 5(5 9 3 9):4 7 3-4 7 7.1 3马月,陈蕾蕾,谢俊霞.转录因子E B对E r a s t i n诱导铁死亡的影响J.青岛大学学报(医学版),2 0 2 2,5 8(3):3 2 5-3 2 8.1 4B OUG E A A.N e w m a r k e r si nP a r k i n s o nsd i s e a s eJ.A d-v a n c e s i nC l i n i c a lC h e m i s t r y,2 0 2 0,9 6:1 3 7-1 7 8.1 5HAY E SM T.P a r k i n s o nsd i s e a s ea n dP a r k i n s o n i s mJ.T h eAm e r i c a nJ o u r n a l o fM e d i c i n e,2 0 1 9,1 3 2(7):8 0 2-8 0 7.1 6MA R O G I ANN IC,S OK R AT OU SM,D A R D I O T I SE,e ta l.N e u r o d e g e n e r a t i o na n d i n f l a mm a t i o n-a ni n t e r e s t i n gi n t e r p l a yi nP a r k i n s o nsd i s e a s eJ.I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fM o l e c u l a rS c i e n c e s,2 0 2 0,2 1(2 2):8 4 2 1.1 7XUJH,HEXF,XUYQ,e t a l.C h a r a c t e r i s t i c so f s y s t e m i ci n f l a mm a t i o na n db r a i n i r o nd e p o s i t i o ni nP a r k i n s o nsd i s e a s ep a t i e n t sJ.A n n a l so fC l i n i c a la n dT r a n s l a t i o n a lN e u r o l o g y,2 0 2 2,9(3):2 7 6-2 8 5.1 8J ANKOV I CJ,T ANEK.P a r k i n s o nsd i s e a s e:e t i o p a t h o g e-n e s i sa n dt r e a t m e n tJ.J o u r n a lo fN e u r o l o g y,N e u r o s u r g e r y,a n dP s y c h i a t r y,2 0 2 0,9 1(8):7 9 5-8 0 8.1 9YA S UHA RAT.N e u r o b i o l o g y r e s e a r c h i nP a r k i n s o ns d i s e a s eJ.I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o fM o l e c u l a rS c i e n c e s,2 0 2 0,2 1(3):7 9 3.2 0KA L I ALV,L ANGAE.P a r k i n s o nsd i s e a s eJ.T h eL a n-c e t,2 0 1 5,3 8 6(9 9 9 6):8 9 6-9 1 2.2 1WAN GZL,YUAN L,L IW,e ta l.F e r r o p t o s i si nP a r k i n-s o nsd i s e a s e:g l i a-n e u r o nc r o s s t a l kJ.T r e n d si n M o l e c u l a rM e d i c i n e,2 0 2 2,2 8(4):2 5 8-2 6 9.2 2YAN H F,Z OU T,TUO QZ,e ta l.F e r r o p t o s i s:m e c h a-n i s m sa n dl i n k sw i t hd i s e a s e sJ.S i g n a lT r a n s d u c t i o na n dT a r g e t e dT h e r a p y,2 0 2 1,6(1):4 9.2 3H I R S C HHO R N T,S T O C KWE L LBR.T h ed e v e l o p m e n to ft h ec o n c e p to f f e r r o p t o s i sJ.F r e eR a d i c a lB i o l o g ya n dM e d i-c i n e,2 0 1 9,1 3 3:1 3 0-1 4 3.2 4L IDS,L IYS.T h e i n t e r a c t i o nb e t w e e nf e r r o p t o s i sa n dl i p i dm e t a b o l i s mi nc a n c e rJ.S i g n a lT r a n s d u c t i o na n dT a r g e t e dT h e r a p y,2 0 2 0,5(1):1 0 8.2 5MOU Y H,WANGJ,WUJC,e ta l.F e r r o p t o s i s,an e wf o r mo f c e l ld e a t h:o p p o r t u n i t i e sa n dc h a l l e n g e s i nc a n c e rJ.J o u r n a l o fH e m a t o l o g y&O n c o l o g y,2 0 1 9,1 2(1):3 4.2 6T ANA,P R A S A DR,L E EC,e t a l.P a s t,p r e s e n t,a n d f u t u r ep e r s p e c t i v e so f t r a n s c r i p t i o nf a c t o rE B(T F E B):m e c h a n i s m so f r e g u l a t i o na n da s s o c i a t i o nw i t hd i s e a s eJ.C e l lD e a t ha n dD i f f e r e n t i a t i o n,2 0 2 2,2 9(8):1 4 3 3-1 4 4 9.2 7NA P O L I TANO G,B A L L A B I O A.T F E Ba tag l a n c eJ.J o u r n a l o fC e l lS c i e n c e,2 0 1 6,1 2 9(1 3):2 4 7 5-2 4 8 1.2 8RU S M I N IP,C O R T E S EK,C R I P P A V,e ta l.T r e h a l o s e i n-d u c e sa u t o p h a g yv i al y s o s o m a l-m e d i a t e d T F E Ba c t i v a t i o ni nm o d e l so fm o t o n e u r o nd e g e n e r a t i o nJ.A u t o p h a g y,2 0 1 9,1 5(4):6 3 1-6 5 1.(本文编辑 马伟平)医学学术论文文献标志码的标注为便于文献的统计和期刊评价,确定文献的检索范围,提高检索结果的适用性,每一篇论文应标引一个文献标志码。其标志码为:A 理论与应用研究学术论文(包括综述);B 实用技术成果报告;C 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