氧化医学和细胞寿命

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氧化医学和细胞寿命/2020年/文章
特殊的问题

氧化应激在孤独症谱系障碍的新治疗方法

把这个特殊的问题

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体积 2020年 |文章的ID 8396708 | https://doi.org/10.1155/2020/8396708

婷婷,Yinmiao咚,他彩霞,Mingyi赵,Qingnan他, 肠道微生物群和氧化应激在自闭症谱系障碍(ASD)”,氧化医学和细胞寿命, 卷。2020年, 文章的ID8396708, 13 页面, 2020年 https://doi.org/10.1155/2020/8396708

肠道微生物群和氧化应激在自闭症谱系障碍(ASD)

学术编辑器:哈立德Abo-el-Sooud
收到了 2020年7月26日
修改后的 2020年9月14日
接受 2020年9月17日
发表 2020年10月01

文摘

自闭症谱系障碍(asd)是一种神经发育障碍的发病率迅速增加。近年来,许多研究已经提出了一个可能的联系ASD和多个环境以及遗传风险因子;然而,最近的研究仍未能确定具体的发病机制。文学的分析表明,氧化应激和氧化还原不平衡引起的高水平的活性氧(ROS)被认为是ASD病理生理学不可分离的部分。一方面,本文旨在阐明氧化应激之间的通信,一个风险因素,ASD。因此,也有证据表明,抗氧化状态的早期评估和治疗可能导致改善长期预后的令人不安的氧化应激在大脑中,以避免额外的不可逆的脑损伤。因此,我们还将讨论的可能性,新的治疗方法对氧化应激作为目标根据最近的文学。另一方面,本文提出一个明确的ASD和胃肠道的不平衡之间的关系(GIT)微生物群(即。GIT失调)。不同的研究得出的结论是,肠道菌群的影响人类健康的许多方面,包括代谢、免疫系统和神经系统,粘膜屏障。此外,氧化应激和GIT障碍自闭症儿童都被报道与线粒体功能障碍。 What is the connection between them? Moreover, specific changes in the GIT microbiota are clearly observed in most autistic children, and the related mechanisms and the connection among ASD, the GIT microbiota, and oxidative stress are also discussed, providing a theory and molecular strategies for clinical practice as well as further studies.

1。介绍

自闭症,一个松散的总称,包括一系列的神经发育障碍的终生异构集群,特点是刻板行为和赤字在社会交流,互动,和感知1]。能够很好的证明,自闭症发生在所有种族,种族和社会经济组织。最后更新于2016年7月11日,美国疾病控制和预防中心(CDC)https://www.cdc.gov/)报道的发病率在全球54个孩子1;此外,研究在亚洲、欧洲和北美已经确定了孤独症患者和显示平均患病率在1%和2%之间(见表1)。此外,这是保守估计,中国的自闭症患病率为1%,其中超过200万0 - 14岁的儿童有这种疾病2]。毫无疑问,ASD,被认为是一个隐藏的残疾,创造了一个巨大的负担个人,家庭,社会(3]。遗憾的是,没有实际的和有针对性的治疗ASD,已成为一个主要的全球卫生问题(4]。


国家 年龄范围研究 儿童人口的数量 标准 方法使用 的自闭症患病率(CI)

美国 8 346978年 dsm - iv 枚举和记录审核 14.6 (8.2 - -24.6)
法罗群岛 7 - 16 7122年 dsm - iv, icd - 筛查和直接考试 5。6
丹麦 N /一个 404816年 dsm - iv 情况下枚举 6.9 (6.5 - -7.2)
阿曼 0到14 798913年 dsm - iv 情况下枚举 0.1 (0.1 - -0.2)
台湾 0 - 18 372642年 ICD-9 情况下枚举 2.9
韩国 7 - 12 55266年 dsm - iv 从调查中枚举和直接考试 26.4 (19.1 - -33.7)
澳大利亚西部 N /一个 152060年 dsm - iv 情况下枚举 5.1 (4.7 - -5.5)

注:数据来自美国疾病控制和预防中心(CDChttps://www.cdc.gov/)。N / A:不适用。,the lack of data in a form or table.

尽管自闭症的原因尚不清楚,许多研究指出,自闭症和多个环境之间可能的联系以及遗传风险因子(5]。值得注意的是,许多证据表明,氧化应激中起着至关重要的作用的病理生理学神经与精神疾病,尤其是在ASD (6- - - - - -9]。轶事报道表明,氧化应激反应是至关重要的神经炎症反应,并在某种意义上,神经炎症反应一直认为是孤独症的致病因素之一(10]。兄弟姐妹控制香农等人的研究表明,自闭症儿童更容易受到氧化应激的谷胱甘肽水平的细胞内部或外部的不平衡,减少谷胱甘肽(GSH)存储容量(11]。

近年来,随着研究的继续,肠道微生物群的研究焦点已经迅速变化的微生物丰度和多样性的功能方面。不同的研究得出的结论是,GIT微生物群的影响人类健康的许多方面,包括代谢、免疫系统和神经系统,粘膜屏障。另外,膳食纤维和抗性淀粉的肠道微生物发酵产生短链脂肪酸(SCFAs),特别是丁酸,丙酸和乙酸(12]。值得注意的是,丙酸可以导致GIT代谢紊乱,可逆行为和信号变化,神经炎症等。13]。因此,不足为奇的是,越来越多的证据支持自闭症儿童更有可能体验问题GIT,包括食物过敏(FAs)、生态失调、炎症性肠病(IBD)和消化不良14,15]。GIT障碍在自闭症儿童与线粒体氧化还原平衡,即。,mitochondrial dysfunction, and there is an interaction between oxidative stress and mitochondrial dysfunction [16,17]。此外,一些这些因素(参见图之间存在的联系1)。下面讨论的具体关联。

在评估中,氧化应激的作用,GIT的许多方面微生物群在ASD。此外,我们将讨论在最近的文献中,氧化应激之间的关系,ASD, GIT微生物群。最后,氧化应激的可能性和GIT作为治疗目标微生物群,将讨论将提供理论依据和临床实践的新策略和未来的研究。

2。氧化应激和自闭症

2.1。氧化应激的定义和重要性/角色的活性氧(ROS)

氧化应激,视为一种抗氧化剂和抗氧化剂之间的不平衡的状态,可能导致细胞损伤引起的反应性活性氧和活性氮物种(RNS) [18]。ROS,一种信号分子,可能导致细胞生存能力和组织氧代谢或抑制相关基因的表达,包括抗氧化剂(19,20.]。当体内氧化水平超过了抗氧化防御系统,发生氧化应激;此外,不同的条件可能会导致不同程度的氧化应激(21,22]。一方面,当ROS水平相对较低,细胞可以适当应对氧化应激,称为“轻度氧化应激或积极压力。另一方面,更多的活性氧化应激的条件称为痛苦,这是据报道神经炎症和损伤的主要原因之一,星形胶质细胞相声导致自闭症谱系障碍(23,24]。

根据发表的引用,在正常情况下,之间存在动态平衡ROS的产生和细胞的抗氧化能力25]。此外,活性氧中间产品和副产品在线粒体的电子传递26,27]。值得注意的是,许多酶,包括超氧化物歧化酶(SOD),谷胱甘肽过氧化物酶(GPx),具有较高的活性氧清除能力(8]。然而,在ASD ROS的具体作用还远未清楚。

2.2。自闭症儿童的血液氧化应激标志物

越来越多的证据表明,自闭症的发病机制与氧化产品的积累和抗氧化代谢的紊乱28- - - - - -30.]。氧化应激的作用在ASD已经研究了几十年的发展,大量的标记,如发现通过比较孤独症患者的血液水平的氧化应激标志物的健康个体,临床实践的焦点(见表2)[31日- - - - - -38]。如图所示,氧化应激标记的血液水平都不同程度的减少或增加自闭症患者与健康对照组相比,表明这些标记可以使用不仅诊断自闭症还提供指标监控和引导个体治疗诊所(28]。然而,能够尽快落实这些举措还远未完全完成,需要进一步的证据,临床报道和研究。


标记/标本 单位 值自闭症 价值 参考
自闭症儿童 控制

脂质氢过氧化物(LOOH)颞叶皮层 更易毫克蛋白 大约21# 大约15# < 0.05 (31日]
血浆丙二醛(MDA) nmol /毫升( ) < 0.001 (32]
血清丙二醛(MDA) nmol /毫升( ) ≤0.001 (33]
红细胞硫代巴比土酸活性物质(TBARS) 更易/ g Hb ( ) < 0.001 (32]
血浆蛋白质羰基 nmol /毫升( ) < 0.0001 (34]
血清8 ohdg ng / mL ( ) ≤0.001 (33]
血浆谷胱甘肽过氧化物酶(GPx) U / L ( ) 24.2 < 0.0001 (35]
血清过氧化氢酶(CAT) 阿联酋/ L(平均数±标准差) ≤0.001 (33]
红细胞过氧化氢酶(CAT) k / g Hb ( ) < 0.001 (32]
红细胞超氧化物歧化酶(SOD) U / g Hb ( ) < 0.001 (32]
等离子体减少谷胱甘肽(GSH) μmol / L ( ) < 0.0001 (36]
血浆谷胱甘肽(GSH) μmol / L ( ) < 0.0001 (37]
等离子体氧化谷胱甘肽(GSSG) nmol / L ( ) < 0.001 (37]
MT-1A表达血 N /一个 高(没有数据) N /一个 ≤0.001 (38]

注意:引用的数据31日- - - - - -38。加拿大皇家银行:C红细胞;SD:标准差。#值的估计数字。N / A:不适用。,the lack of data in a form or table.
2.3。氧化应激在自闭症儿童的大脑

能够很好的证明,氧化应激是一个初级神经炎症疾病的潜在原因和破坏血脑屏障(BBB),一个高度选择性的边界,将血液循环与大脑和中枢神经系统(CNS)的细胞外液(39- - - - - -41]。在健康个体,BBB由紧密连接蛋白之间的紧密连接和相邻的脑毛细血管内皮细胞;然后,在内皮细胞紧密连接蛋白固定脚手架蛋白如ZO-1和ZO-2 [42]。自闭症儿童在内皮细胞氧化应激发生时,BBB可能受损,导致不同的扩散和传输(43]。在正常情况下,ROS从各种来源,包括线粒体、小胶质细胞和星形胶质细胞,积累。当过多的活性氧不妥善回收,紧密连接可以更改,导致进一步的氧化应激(见图2)[44]。应对这种情况,一些机制需要解毒或中和氧/氮自由基的细胞(见图2)。Devasagayam等人发现过氧化物(O2)可以产生正常代谢的副产品;然而,它的积累可能导致细胞结构的损伤和随后氧化应激(45]。因此,超氧化物酶超氧化物歧化酶(杆)立即将过氧化氢过氧化物(H2O2)。此外,H2O2可能是有毒的细胞可以穿过细胞膜,从而损害DNA。出于这个原因,清除过氧化氢可以目标干扰氧化应激和可能是一个治疗ASD (46,47]。根据Popa研究et al .,过氧化氢酶和GPx被认为是最重要的酶,有能力将H2O2到H2o .此外,三肽谷胱甘肽,一种重要的抗氧化剂,在消除活性氧起着至关重要的作用46]。下一个反应催化了谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)、谷胱甘肽提供了一个电子H2O2然后转化为氧化状态。利用NAD (P) H作为电子供体,谷胱甘肽(GSH)再次被谷胱甘肽还原酶可以复制。此外,谷胱甘肽还能消除有毒物质从细胞作为谷胱甘肽转移酶的辅助因子的作用[46,48]。一般来说,大脑是非常敏感的活性氧等自由基的积累的相对较弱的保护机制(49,50]。

3所示。胃肠道微生物群(GIT)和ASD

3.1。GIT微生物群和因素影响GIT微生物群

近年来,随着研究的继续,GIT微生物群的研究焦点已经迅速变化的微生物丰度和多样性的功能方面。不同的研究得出的结论是,肠道菌群的影响人类健康的许多方面,包括代谢、免疫系统和神经系统,粘膜屏障。膳食纤维和抗性淀粉的肠道微生物发酵产生短链脂肪酸(SCFAs),特别是丁酸,丙酸和乙酸(12]。丁酸是一个关键的能源基质colonocytes [51),可以推动colonocytes向的能量代谢β通过刺激PPAR -氧化γ信号和限制氧的细胞腔的生物利用度,维持体内平衡,预防肠道微生物群失调(52]。丙酸调节饱足信号和肝脏中糖质新生,保护宿主免受食源性肥胖和相关的葡萄糖耐受不良(53]。其他代谢产物是由肠道微生物群,需要更多的临床证据充分调查他们在生理和病理生理学功能。例子包括吲哚丙酸,提高肠道粘膜的完整性(54硫酸,ethylphenyl,连接到自闭症行为的恶化在小鼠模型55]。此外,肠道菌群也被证明对血糖控制(有积极的影响56),能源体内平衡57),脂质代谢58),和蛋白质代谢59]。免疫系统和神经系统,肠道菌群调节的成熟和功能tissue-resident免疫细胞在中枢神经系统(CNS),包括小胶质细胞和星形胶质细胞;他们也影响外周免疫细胞的活化,调节和神经炎症反应,脑损伤,自身免疫,神经发生60]。此外,健康的肠道微生物群不仅起着主导作用的加强免疫障碍(61年但还维护肠道粘膜屏障的结构完整性62年]。总之,GIT微生物群在人体生理学和病理学中扮演至关重要的角色。

GIT微生物群是一个受欢迎的地区在治疗的研究中,有几个因素导致正常微生物群GIT的塑造已经证明。交货方式(阴道或剖腹产),当地环境(即。,mother and hospital), and the type of feeding (breast or formula) are significant factors that impact GIT microbiota composition during the neonatal period, resulting in changes that persist until infancy [63年- - - - - -65年]。年龄也是一个重要的角色在塑造肠道微生物群。人们普遍认为哺乳动物是第一次接触微生物群在子宫内,微生物群出生后迅速扩张(66年]。研究也表明,儿童和青少年有更高的丰富梭状芽胞杆菌双歧杆菌属比成人(67年,68年]。饮食也可以灵活地调节肠道微生物群组成。只是一个为期四天的管理完全动物性和植物性饮食就足以导致显著的变化在人类肠道微生物群(69年]。一般来说,饮食的摄入富含水果、蔬菜和纤维与更高的丰富性和多样性的肠道微生物群70年]。而抗生素通常用于拯救生命对抗传染病,许多研究表明他们的影响近年来肠道细菌生态。GIT的重大变化对抗生素的微生物群包括减少分类多样性和持久性的变化相当大一部分人(71年,72年]。除了上面提到的因素,个体的肠道微生物群的配置是受到许多其它因素的影响,包括宿主的基因型,种族,和性73年- - - - - -75年]。

3.2。GIT微生物群和自闭症之间的关系

王等人的研究表明,GIT症状,如便秘(20%)、腹泻(19%),更常见的在自闭症儿童健康儿童(76年),类似于Coury等人荟萃分析的结果和McElhanon et al。77年,78年]。此外,布依等人发现,自闭症儿童与GIT症状可能显示更明显行为表现包括焦虑、自动化和侵略79年]。越来越多的证据表明,GIT微生物群是直接或间接有关自闭症儿童的症状,主要是通过影响粘膜免疫系统和人体新陈代谢3,80年]。据《华尔街日报》在线发表的研究实验室动物细胞,GIT屏障缺陷和GIT微生物自闭症障碍发生在小鼠模型;此外,大量的Porphyromonadaceae,Prevotellaceae,细菌性的,Lachnospiraceae在母亲的后代与母体免疫激活(MIA)比的控制。值得注意的是,大量的Ruminococcaceae,Erysipelotrichaceae,Alcaligenaceae更大的控制(81年]。Finegold等人所表现出的证据表明,自闭症儿童的GIT微生物群更丰富乳酸菌,梭状芽胞杆菌,拟杆菌门脱磷孤菌属,Caloramator,八叠球菌以及低水平的双歧杆菌属厚壁菌门比nonautistic GIT微生物群的孩子(82年]。此外,自闭症儿童与GIT症状显示低水平的普氏菌,Coprococcus,Veillonellaceae比自闭症儿童没有上述症状(83年]。如上所述,大量研究表明自闭症儿童的GIT微生物群的变化,但GIT微生物群和自闭症之间的关系是相对未知的。

近年来,随着研究的继续,microbiota-gut-brain-axis已经被认为是一个双向的生理大脑之间的通信,GIT微生物群,和GIT;不足为奇的是,越来越多的证据表明,这个轴有关自闭症的病因学和发病机制84年- - - - - -86年]。如数据所示3(一个)3 (b),产生的代谢物GIT微生物群,尤其是SCFAs,可以通过肠上皮细胞(ECs)影响大脑的功能。此外,一些种类的GIT微生物群可以生成刺激神经组织的物质,如5 - GABA,也可以通过电子商务,影响大脑的功能,进一步导致意想不到的行为(87年]。一方面,刺激神经组织的物质,GIT微生物群,和代谢产品可以激活大脑中的神经元,通过迷走神经作用于大脑的功能。另一方面,在上述物质,刺激神经组织的物质直接影响肾上腺(HPA)轴可以最终提高循环的皮质醇水平。此外,一些微生物群GIT和代谢产品也可以激活和诱导GIT-immunizing细胞释放细胞因子(中正)发挥相应作用在身体的循环88年,89年]。

越来越多的证据表明,调制的GIT微生物群是一个潜在的治疗自闭症儿童通过阐明GIT微生物群和自闭症之间的关系,包括粪便微生物群移植(FMT),益生菌和饮食疗法。有关自闭症治疗的文献与GIT微生物群在过去的五年里是总结和分析表3(90年- - - - - -95年]。首先,益生菌被认为是预防肠道疾病通过调节和控制等功能的血脑屏障(BBB)和差距的蛋白质(96年]。最近开发的方法FMT是一种干预的粪便微生物从健康的人送到患者不好GIT微生物群(97年]。然而,虽然许多学者和专家们推测FMT的安全,但这件事最终结论还没有达到。当然,其他上述疗法也有自己的局限性(见表3)。在我看来,额外的精心设计与需要更大样本量的研究提供了进一步的证据支持这些疗法的可行性。


模型 行为测试 治疗 剂量 时间 影响 限制 一年 引用

10自闭症儿童,9 nonautistic兄弟姐妹,10控制 汽车和阿迪 益生菌包括乳酸菌,双歧杆菌链球菌 一片一天三次 4个月 增加丰富的拟杆菌门/壁厚菌门,归一化双歧杆菌和乳酸菌的数量可以降低TNFα自闭症儿童的水平。 没有后续治疗后执行 2015年 (90年]
一个12岁的男孩自闭症,严重的认知障碍 ADOS-2 益生菌(冻干双歧杆菌,乳酸杆菌,链球菌) 4周 减少GIT主导症状和改善自闭症的症状 需要更多精心设计的研究与一个更大的样本容量提供了更多的证据支持它的可行性。 2016年 (91年]
自闭症的孩子,3 nonautistic孩子 N /一个 生命起源以前的:galactooligosaccharide B-GOS 2 g 日常 大量的增加双歧杆菌spp、乙酸和丁酸 它是在一个体外肠道模型系统 2017年 (92年]
18岁的自闭症儿童 PGI-III和汽车 微生物群转移疗法(MTT) 万古霉素(40毫克/公斤/天) 2周 GIT和ASD-related改善症状;规范化的自闭症儿童的微生物群 没有安慰剂对照、盲法或随机 2017年 (93年]
自闭症谱系障碍动物模型 自我打扮评价、三室社会测试 生酮饮食 N /一个 2周 预防自闭症的症状 酮症和血糖水平没有测量 2016年 (94年]
C57BL / 6和BTBR老鼠 Three-chamber社交能力测试等。 生酮饮食 N /一个 2周 减少所有主机在盲肠的细菌丰度和粪便物 N /一个 2016年 (95年]

注意:N / A:不适用。,the lack of data in a form or table. The data are from the references90年- - - - - -95年。汽车:儿童孤独症评定量表;阿迪:自闭症诊断访谈;ADOS-2:自闭症诊断观察附表2;GI-III:母公司全球印象三世。

4所示。GIT微生物群之间的相互关系,氧化应激,ASD

正如上面所讨论的,GIT通过线粒体功能障碍症状和自闭症之间的关系相当令人信服的和值得研究,因为它是有据可查,自闭症与GIT症状和线粒体功能障碍;此外,后两个是密切相关98年]。据权威报道,GIT,作为一个可用的网站,可以诱导生产SCFAs如PPA,但99年]。此外,GIT障碍是自闭症儿童观察,如大量的增加梭状芽胞杆菌spp。生产PPA,但是。毫无疑问,PPA,但可以调节新陈代谢,包括作为线粒体燃料(One hundred.),尽管进入线粒体能量通路在不同地点(见图4)[101年]。此外,SCFAs损害细胞的生理功能,导致进一步的GIT ASD相关症状,包括非特异性炎症(79年,93年,102年]。

来验证是否连接在GIT微生物群中,氧化应激,和ASD真正存在,香农等人进行了盲病例对照研究和意外发现线粒体的功能的差异相比,自闭症儿童在几个酶反应来控制孩子,表明差异实际存在于线粒体,而不是在特定的酶。这些研究人员还发现,线粒体生理GIT的自闭症儿童不同于在健康儿童;值得注意的是,盲肠的差异尤为突出(17]。我们推测,自闭症儿童可能有不同的线粒体参数,特别是在盲肠。

线粒体具有能源发电;此外,约有5%的自闭症儿童表现出受损的发电能源,和超过30%的自闭症儿童表现出升高生物标记。因此,我们推测,自闭症儿童可能非传统线粒体疾病(103年]。同样,兄弟控制的一项研究发现,lymphoblastoid细胞系(拼箱)自闭症儿童活跃在线粒体呼吸过程,进而导致更大的敏感性氧化应激(11]。事实上,PPA和盲肠但也丰富,这表明一个角色的GIT微生物群在自闭症儿童的线粒体功能障碍(104年]。一般而言,上述相关反应可能导致更清晰的理解病理关系与GIT功能障碍和氧化应激在ASD,它提供了一个理论基础以及分子新的治疗策略模式。

5。氧化应激在ASD的新治疗方法

基于上述关系,我们将下一个讨论,在最近的文献中,新的治疗方法的可能性有关氧化应激作为目标(表4)[105年- - - - - -108年]。能够很好的证明,cox - 2,作为一个在组织中重要的酶,这种酶是过表达的氧化压力,影响多不饱和酸的代谢(PUFA)。ω3也被认为是与cox - 2高表达。据报道,白细胞三烯的表达式或活动减少含铁加双氧酶命名5-LOX,改善神经炎症,恢复正常的突触可塑性,和提高学习能力和记忆力11]。此外,二十二碳六烯酸(DHA)ω3都需要适当的增长和发展的大脑,对适当的突触形成和改善认知功能(104年,105年]。值得注意的是,维生素B12的使用作为一种新的治疗方法,最近引起了公众的关注已被证明是用于治疗自闭症;然而,它的功效也不清楚(105年]。


药物 农药的效果 引用

白细胞三烯 抑制5-LOX的表达式或活动;改善神经炎症;恢复正常的突触可塑性;
改善抑郁大鼠的学习和记忆功能
(105年]
二十二碳六烯酸(DHA) 有益于大脑的成长和发展,有效地改善认知功能 (106年]
ω3 需要适当的大脑的生长和发育,适当的突触的形成,改善认知功能 (107年]
维特。B12 正常化的Hcy水平和改善脂质代谢受损 (108年]

注意:引用的信息105年- - - - - -108年

6。结束语

许多报告都强调了GIT微生物群之间的关系,氧化应激,ASD。许多研究强调氧化应激的重要作用,这是连接到线粒体功能障碍,GIT微生物群干扰,因此各种代谢物的生产。本文总结了最新研究相关机制,但大多数作者只有集中在单个致病机制或代谢物;因此,迫切需要研究考虑更广泛的生化途径。此外,这部小说在所有自闭症治疗上面所提到的,大多数被调查的潜在效用。虽然结果是有前途的,但这些疗法仍认为限制和缺乏安全测试。一般来说,作者认为,额外的精心设计的研究需要一个更大的样本容量提供进一步的证据支持这些疗法的可行性。此外,适当的剂量和时间的治疗还需要进一步研究。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

TH起草了手稿,码生成图,CH和码进行背景研究,QH编辑了MZ和手稿。所有作者手稿的内容阅读和批准。婷婷胡锦涛和董Yinmiao这项研究同样起到了推波助澜的作用。

确认

本研究由湖南创新支持省级建设项目(2019 sk2211)和长沙科技计划项目(kq2001044)。

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