摘要:目的 探索升麻素(CIM)對小鼠克羅恩?。–D)樣結(jié)腸炎的作用以及可能的機制。方法 30只體質(zhì)量20~23 g(6~8周齡)的C57BL/6雄性小鼠隨機分為空白對照組、2,4,6-三硝基苯磺酸(TNBS)組和CIM組,10只/組。TNBS組使用TNBS灌腸建立CD樣結(jié)腸炎模型,CIM組經(jīng)TNBS灌腸后每日灌胃CIM(12.5 mg/kg)。通過記錄小鼠體質(zhì)量變化和疾病活動指數(shù)(DAI)評分,測量結(jié)腸長度,進行HE染色炎癥評分以及檢測腸黏膜中炎癥因子水平評估CIM對小鼠結(jié)腸炎的作用;采用免疫熒光及免疫印記檢測小鼠腸屏障損傷;流式細胞術檢測各組小鼠腸系膜淋巴結(jié)中輔助性T細胞亞群的比例;通過網(wǎng)絡藥理學預測CIM潛在作用靶點,KEGG富集分析篩選關鍵通路,分子對接驗證CIM與MAPK通路核心蛋白的結(jié)合能力;Western blotting驗證MAPK信號通路的改變。結(jié)果 CIM干預改善了TNBS誘導的小鼠體質(zhì)量降低和結(jié)腸縮短,同時DAI評分和結(jié)腸組織炎癥評分低于TNBS組(Plt;0.05)。ELISA和PCR檢測結(jié)果顯示,同TNBS組相比,CIM降低小鼠腸黏膜組織中促炎因子(IFN-γ和IL-17)的水平并促進抗炎因子(IL-4和IL-10)表達(Plt;0.05)。免疫熒光結(jié)果顯示,CIM可改善TNBS誘導的小鼠上皮細胞Claudin-1的缺失和移位,以及杯狀細胞的減少(Plt;0.05);免疫印記數(shù)據(jù)提示CIM組小鼠結(jié)腸黏膜中Claudin-1和ZO-1表達高于TNBS組(Plt;0.05)。流式細胞術檢測結(jié)果表明CIM干預后腸系膜淋巴結(jié)中Th1和Th17細胞比例下降,而Th2及Treg細胞比例升高(Plt;0.05)。KEGG富集分析發(fā)現(xiàn)CIM對腸炎的作用可能與MAPK信號通路相關,分子對接顯示,CIM與MAPK通路核心靶點之間有很好的結(jié)合,免疫印記結(jié)果顯示p-JNK、p-ERK和p-p38在CIM組的小鼠腸黏膜中表達低于TNBS組(Plt;0.05)。結(jié)論 CIM可改善腸屏障損傷從而緩解TNBS誘導的小鼠克羅恩病樣結(jié)腸炎,這與其抑制MAPK信號通路的激活調(diào)節(jié)小鼠腸道Th1/Th2和Th17/Treg平衡有關。
關鍵詞:克羅恩病;升麻素;MAPK;輔助性T細胞;免疫平衡;腸屏障
炎癥性腸?。↖BD)是一種胃腸道慢性炎癥性疾病,包括潰瘍性結(jié)腸炎(UC)和克羅恩?。–D),其中CD具有致殘性嚴重影響患者的身心健康[1, 2]。盡管CD的發(fā)病機制尚未完全明了,但環(huán)境、遺傳、微生物和免疫等因素相互作用,形成了一個復雜的網(wǎng)絡,共同推動了疾病進程[3, 4]。CD患者存在腸黏膜免疫失衡,其中輔助性T細胞亞群應答紊亂可釋放大量的促炎細胞因子,進而加重腸屏障損傷和腸道炎癥[5, 6]。當前,抗炎治療仍是CD的主要治療方案[7],盡管地塞米松、美沙拉嗪、阿達木單抗等藥物對活動期CD抗炎治療具有不錯的療效,但仍存在不良反應、不應答或耐藥性等問題,亟需開發(fā)新型且安全有效的治療藥物[8]。近年來,傳統(tǒng)中藥在多種炎性相關性疾?。ò↖BD)治療中表現(xiàn)出巨大的藥用價值[9]。我們前期也報道多種天然植物或中藥提取物在IBD治療中的作用,如中藥紫堇提取物乙酰紫堇靈可通過抑制腸上皮細胞凋亡改善小鼠腸屏障損傷[10],檸檬提取物香葉木素可通過調(diào)節(jié)免疫應答減輕小鼠結(jié)腸炎[11]。傳統(tǒng)中藥防風,具有抗過敏、抗炎和抗氧化的多種生物活性[12],升麻素(CIM)是防風的主要活性成分,被證實具有抗炎作用,并且在腸易激綜合征中具有保護腸屏障的作用[13],但CIM在CD結(jié)腸炎中的作用尚未見報道。本研究構建了TNBS小鼠結(jié)腸炎模型(具有與人類CD類似的結(jié)腸炎癥狀)[14],通過評估小鼠腸炎癥狀、腸屏障功能以及輔助性T細胞亞群的應答反應,觀察CIM對TNBS誘導的CD樣結(jié)腸炎的作用;使用網(wǎng)絡藥理學及分子對接技術預測分析CIM緩解CD樣腸炎的潛在分子機制并進行驗證。綜上,本研究旨在為CD抗炎治療提供新的藥物選擇,同時也明確CIM在CD中的藥理作用。
1 材料和方法
1.1 實驗材料
1.1.1 實驗動物 實驗采用體質(zhì)量20~23 g(6~8周齡)的雄性C57BL/6小鼠(江蘇集萃藥康生物科技股份有限公司)。所有小鼠在恒溫恒濕的SPF環(huán)境下喂養(yǎng)。實驗開始前,小鼠需適應性培養(yǎng)7 d。本實驗通過蚌埠醫(yī)科大學動物倫理委員會審查(倫理批號:倫動科批字[2023]第427號)。
1.1.2 實驗主要試劑 TNBS 試劑和細胞核染料DAPI(Sigma);CIM(上海源葉生物科技有限公司);小鼠ELISA試劑盒(武漢博士德生物);RT-qPCR引物(上海生工,表1);RT-qPCR試劑盒(TaKaRa);AB-PAS 染色試劑盒和蘇木素伊紅(HE)染色試劑盒(索萊寶);RPMI1640培養(yǎng)基(Gibco);流式抗體Alexa Fluor 700標記的CD3、PE標記的IFN-γ、Alexa Fluor 488 標記的白細胞介素-4(IL-4)、APC標記的IL-17A、PE標記的Foxp3及Foxp3轉(zhuǎn)錄因子流式固定破膜緩沖液、細胞刺激混合物(加蛋白轉(zhuǎn)運抑制劑,×500)(eBioscience);流式抗體BV605標記的CD4和APC標記的CD25(BD);緊密連接蛋白1(Claudin-1)、閉鎖小帶蛋白-1(ZO-1)、β-激動蛋白(β-actin)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)、p38絲裂原活化蛋白激酶(p38)、細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)抗體及Alexa Fluor? 555 標記的山羊抗兔IgG(Abcam);BCA試劑盒和RIPA裂解液(碧云天)。
1.2 實驗方法
1.2.1 動物造模及藥物干預 將30 只WT小鼠隨機分成:WT組、TNBS組、CIM組,10只/組。誘導CD樣結(jié)腸炎模型時,預先將小鼠禁食不禁水24 h,50 mg/kg戊巴比妥鈉麻醉腹腔注射麻醉小鼠,先用甘油潤滑肛周和導管,用鑷子輕柔擴肛,再用導管經(jīng)肛門插入腸道深約3.5 cm,每只小鼠予TNBS 2.5 mg/50%酒精灌腸100 μL,最后將小鼠傾斜45°倒置3 min 以防液體從肛門漏出;WT 組小鼠按照相同步驟灌入等量的50% 酒精[15]。TNBS灌腸30 min后,CIM組的小鼠使用12.5 mg/kg[16]的CIM進行灌胃,100 μL/d連續(xù)6 d,剩下兩組每天給予等量生理鹽水灌胃。于造模第7天取檢:提取各組小鼠結(jié)腸組織及腸系膜淋巴結(jié),進行后續(xù)實驗。
1.2.2 小鼠腸炎癥狀評估 每日記錄小鼠體質(zhì)量;疾病活動指數(shù)(DAI):于取檢當日根據(jù)小鼠體指數(shù)、大便形狀和出血情況進行評估[15];根據(jù)HE染色試劑盒,對小鼠結(jié)腸組織切片進行HE染色,并根據(jù)文獻推薦的腸炎組織學評分量表進行腸組織病理評分[15]。評分范圍均為0~4分,分值越大代表腸炎越重。
1.2.3 小鼠結(jié)腸黏膜中炎癥因子表達水平檢測 使用PCR和ELISA檢測炎癥因子水平:首先將小鼠結(jié)腸黏膜組織刮下,進行PCR檢測需將粘膜組織中加入Trizol 裂解液,提取RNA,經(jīng)反轉(zhuǎn)錄后,采用TaKaRa 公司SYBRGreen 法檢測IL-4、IL-10、IFN-γ和IL-17A的mRNA水平,以GAPDH為內(nèi)參基因;進行ELISA檢測需加入RIPA裂解液提取總蛋白,按照ELISA試劑盒說明書檢測炎癥因子IL-4、IL-10、IFN-γ和IL-17A的蛋白水平。
1.2.4 小鼠腸屏障損傷評估 免疫熒光染色:4 μm厚的小鼠結(jié)腸組織切片,經(jīng)二甲苯和梯度酒精脫蠟、抗原修復和封閉后,依次孵育Claudin-1 抗體(1∶400)和AlexaFluor? 555標記的山羊抗兔IgG,DAPI復染細胞核,置于顯微鏡下采集圖片。
AB-PAS染色:脫蠟后的石蠟切片依據(jù)AB-PAS染色試劑盒說明書進行操作,其中阿利新藍(AB)染色液可以將酸性黏蛋白染成藍色,而杯狀細胞中含有大量的酸性黏蛋白,因此呈現(xiàn)藍紫色,置于顯微鏡下采集圖片,通過計數(shù)每個400倍視野下杯狀細胞的數(shù)量,評估腸屏障損傷程度。
Western blotting檢測:將各組小鼠結(jié)腸黏膜稱質(zhì)量后加入RIPA裂解液中,經(jīng)過研磨振蕩離心后提取總蛋白,蛋白經(jīng)定量、變性、電泳和轉(zhuǎn)膜。膜再經(jīng)封閉后,加入一抗[ZO-1(1∶1000)、Claudin-1(1∶1000)、β-actin(1∶3000)]和辣根過氧化物酶標記的山羊抗兔/小鼠IgG(1∶3000)孵育,最后經(jīng)底物顯色并采集圖片。
1.2.5 小鼠腸系膜淋巴結(jié)中T細胞亞群比例檢測 流式細胞術檢測:提取各組小鼠腸系膜淋巴結(jié)于RPMI 1640培養(yǎng)基中,經(jīng)過研磨、離心、過濾等步驟提取腸系膜淋巴結(jié)單個核細胞用于后續(xù)染色。將單個核細胞分為2份,一份用于檢測Th1/Th2/ Th17,一份用于Treg檢測。
Th1(CD3+CD4+IFN-γ+)、Th2(CD3+CD4+IL-4+)和Th17(CD3+CD4+IL-17A+)檢測:用100 μL完全培養(yǎng)基重懸細胞加入細胞刺激劑(含蛋白轉(zhuǎn)運抑制劑,×500)于37 ℃刺激孵育細胞5 h,收集細胞經(jīng)過離心封閉(Fc受體結(jié)合抑制劑多克隆抗體,5 μL/管)后進行表面抗體染色30 min(anti-CD3-eFlour450、anti-CD4-BV605),再經(jīng)洗滌、離心、固定、破膜后進行胞內(nèi)因子染色1 h(anti-IFN-γ-PE、anti-IL-4-FITC、anti-IL-17A-APC),洗去未結(jié)合抗體,200 μL PBS重懸細胞上機檢測;
Treg細胞(CD4+CD25+Foxp3+)檢測:用100 μL PBS重懸細胞后經(jīng)Fc受體結(jié)合抑制劑多克隆抗體封閉后進行表面抗體染色30 min(anti-CD4,anti-CD25抗體),使用Foxp3 轉(zhuǎn)錄因子流式固定破膜緩沖液處理細胞30 min后進行胞內(nèi)染色1 h(anti-Foxp3-FITC),洗去未結(jié)合抗體,200 μL PBS重懸細胞上機檢測。使用BD FACSCanto儀器收集數(shù)據(jù),使用FlowJo V10軟件分析數(shù)據(jù)。
1.2.5 小鼠結(jié)腸黏膜MAPK信號通路檢測 將各組小鼠結(jié)腸黏膜稱重后加入RIPA裂解液中,經(jīng)過研磨振蕩離心后提取總蛋白,蛋白經(jīng)定量、變性、電泳和轉(zhuǎn)膜。膜再經(jīng)封閉后,加入p38(1∶1000)、ERK(1∶1000)、JNK(1∶1000)、p-p38(1∶1000)、p-ERK(1∶1000)、p-JNK(1∶1000)和β-actin抗體(1:3000)4 ℃孵育過夜,然后加入辣根過氧化物酶標記的山羊抗兔/小鼠IgG(1∶3000)室溫孵育1 h,最后經(jīng)底物顯色并采集圖片。
1.3 網(wǎng)絡藥理學預測分析
CIM與CD相關靶點篩選:首先從PubChem數(shù)據(jù)庫中查詢CIM藥物的分子式和結(jié)構式,并將其導入至Swiss Target Prediction數(shù)據(jù)庫中獲取CIM的作用靶點,接著從DisGeNET疾病數(shù)據(jù)庫中檢索出CD的作用基因,將二者導入Venny 2.1在線工具獲得交集基因。再將交集靶點導入David 數(shù)據(jù)庫進行GO和KEGG通路富集分析,同時把交集靶點導入String數(shù)據(jù)庫得到蛋白互作圖(PPI)。
1.4 分子對接
利用PubChem數(shù)據(jù)庫獲取藥物CIM的3D 結(jié)構(SDF格式),同時利用PDB數(shù)據(jù)庫獲取MAPK通路中的關鍵靶點MAP3K14、MAP2K1、MAPK14、MAPK1、IKBKB、BRAF、CASP3 和JUN 的受體結(jié)構(PDB 格式),將二者導入CB-Dock2 在線數(shù)據(jù)庫中進行分子對接計算結(jié)合能[18]。
1.5 統(tǒng)計學分析
采用SPSS 27.0 和GraphPad Prism 10 軟件對數(shù)據(jù)進行分析。計量資料以均數(shù)±標準差表示,兩組間比較采用t檢驗。Plt;0.05認為差異具有統(tǒng)計學意義。
2 結(jié)果
2.1 CIM可改善TNBS誘導的小鼠體質(zhì)量及腸炎癥狀
與WT 組相比,TNBS 組小鼠的體質(zhì)量下降、DAI評分升高且結(jié)腸長度縮短,而經(jīng)CIM干預后,小鼠體質(zhì)量的降低(圖1A)、DAI評分(Plt;0.05,圖1B)和結(jié)腸長度(Plt;0.05,圖1C、D)均得到了改善。
2.2 CIM減輕TNBS誘導的小鼠腸組織損傷
HE染色顯示:TNBS組小鼠結(jié)腸表現(xiàn)出黏膜下層炎癥細胞浸潤和隱窩的破壞,以及組織炎癥評分明顯增高(Plt;0.05,圖2A、B);而經(jīng)CIM干預后,小鼠結(jié)腸組織損傷得到了改善(Plt;0.05,圖2A、B)。
2.3 CIM抑制TNBS誘導的小鼠腸黏膜炎癥水平
ELISA和PCR結(jié)果顯示:與TNBS組小鼠相比,CIM組小鼠腸黏膜中抗炎因子IL-4、IL-10升高(Plt;0.05),而促炎因子IFN-γ、IL-17A降低(Plt;0.05,圖3A、B)。
2.4 CIM改善TNBS誘導小鼠腸屏障損傷
免疫熒光染色顯示:與TNBS組小鼠相比,經(jīng)CIM干預后小鼠結(jié)腸組織中Claudin-1的缺失及移位得到明顯改善(圖4A);同時,TNBS誘導后導致小鼠結(jié)腸組織中杯狀細胞數(shù)量明顯減少,經(jīng)CIM干預后得到改善(Plt;0.05,圖4B、C)。Western blotting結(jié)果發(fā)現(xiàn):與TNBS組小鼠相比,經(jīng)CIM治療后Claudin-1和ZO-1的蛋白水平在腸黏膜組織中升高(Plt;0.05,Plt;0.05,圖4D~F)。
2.5 CIM調(diào)控TNBS模型小鼠Th1/Th2細胞應答平衡
流式細胞術結(jié)果表明:與WT組小鼠相比,TNBS組小鼠腸系膜淋巴結(jié)中Th1細胞比例升高,經(jīng)CIM干預后Th1細胞比例下降(Plt;0.05,Plt;0.05,圖5A、B);另外,與TNBS組相比,CIM組Th2細胞比例明顯升高(Plt;0.05,Plt;0.05,圖5C、D)。
2.6 CIM改善TNBS模型小鼠免疫細胞Th17/Treg應答平衡
流式細胞術結(jié)果顯示:TNBS組小鼠腸系膜淋巴結(jié)中Th17細胞比例高于WT組,而經(jīng)CIM干預后Th17細胞比例下降(Plt;0.05,圖6A、B);另外,CIM組Treg細胞比例明顯多于TNBS組(Plt;0.05,圖6C、D)。
2.7 CIM網(wǎng)絡藥理學及分子對接
Venny 圖結(jié)果發(fā)現(xiàn)CIM與CD的交集基因有27個(圖7A),將交集基因?qū)隨tring數(shù)據(jù)庫得到蛋白互作圖(PPI)(圖7B)。KEGG、GO富集分析顯示,CIM對CD的作用可能和與MAPK信號通路相關(圖7C、D)。將KEGG富集到的與MAPK通路相關的8個關鍵蛋白靶點(MAP3K14、MAP2K1、MAPK14、MAPK1、IKBKB、BRAF、CASP3和JUN)分別與CIM進行分子對接,發(fā)現(xiàn)CIM與相關靶點結(jié)合能均小于-5kcal/mol(表2)。
2.8 CIM抑制TNBS誘導小鼠MAPK信號通路
Western blotting 檢測結(jié)果表明:與TNBS組相比,CIM組p-p38、p-ERK和p-JNK表達降低(圖8,Plt;0.05)。
3 討論
天然植物單體以其強大的抗炎作用,在炎癥相關性疾病包括IBD治療中表現(xiàn)出極大的藥理價值[19]。CIM是傳統(tǒng)中草藥防風中的活性成分,具有抗炎特性[20]。在類風濕關節(jié)炎中CIM可以減輕LPS誘導RAW264.7細胞的炎癥損傷[21]。此外,Liu 等[16]的研究表明,CIM可能為一種治療過敏性哮喘的藥物,因其具有抑制體內(nèi)氣道炎癥的作用。我們的研究證實,CIM 可改善TNBS誘導小鼠結(jié)腸炎癥狀(TNBS誘導的小鼠是克羅恩病研究的一種常用的動物模型,可以引發(fā)類似人類克羅恩病的腸道炎癥反應和組織損傷,表現(xiàn)為腸黏膜免疫細胞浸潤、上皮結(jié)構紊亂、隱窩膿腫或消失[22, 23]),小鼠體質(zhì)量降低、結(jié)腸縮短、DAI評分和炎癥評分升高均得到了改善。另外,既往研究報道,CD 患者和TNBS 小鼠腸黏膜組織中存在高水平促炎介質(zhì),而抗炎因子水平降低[24]。我們的數(shù)據(jù)顯示,CIM干預會導致TNBS小鼠腸黏膜組織中的促炎因子(IFN-γ、IL-17A)水平下降和抗炎因子(IL-4、IL-10)升高。以上結(jié)果提示,CIM表現(xiàn)出緩解CD腸炎癥狀的藥理作用,為CD治療藥物的研發(fā)提供新的選擇。
腸屏障損傷是IBD的重要病理特征,高水平的促炎細胞因子起著關鍵作用,可以直接損傷腸上皮細胞,從而破壞腸道屏障的完整性[25, 26]。另外,促炎細胞因子激活免疫細胞,如巨噬細胞和T細胞,進一步放大炎癥反應,形成復雜的免疫網(wǎng)絡,損傷腸上皮屏障,推動疾病的進展[27]。因此,我們進一步探索了CIM對腸屏障的作用,數(shù)據(jù)提示CIM恢復了腸黏膜組織中緊密連接蛋白定位于上皮細胞表面,且升高其表達量。此外,CIM還能增加小鼠結(jié)腸組織中杯狀細胞的數(shù)量。杯狀細胞是腸道上皮的一種重要細胞類型,主要負責分泌黏液,形成保護性的黏液層,從而防止有害物質(zhì)和病原體直接接觸和侵害腸上皮細胞[28]。杯狀細胞數(shù)量的增加意味著腸道黏膜屏障的增強,這有助于維護腸道的穩(wěn)態(tài),減少炎癥和感染的風險[29]。以上結(jié)果證實,CIM可能通過抑制炎癥因子的水平從而緩解TNBS誘導的腸屏障損傷。
輔助性T細胞(Th細胞)在免疫系統(tǒng)中扮演著至關重要的角色,其應答失衡在炎癥性腸?。↖BD)的發(fā)生和發(fā)展過程中具有影響[30]。在IBD患者中,Th1和Th17細胞的比例升高,導致促炎細胞因子(IFN-γ和IL-17A)的過度分泌,引發(fā)持續(xù)的急性和慢性炎癥。相反,Th2 和Treg 細胞的比例降低,導致抗炎和免疫調(diào)節(jié)功能的削弱,無法有效控制炎癥反應[31, 32]。靶向調(diào)控Th1/Th2和Th17/Treg應答平衡對于開發(fā)有效的CD治療策略至關重要。因此,我們重點觀察CIM對輔助性T細胞的調(diào)控作用,流式細胞術結(jié)果顯示,CIM可抑制小鼠腸系膜淋巴結(jié)中Th1和Th17細胞的過度活化和分泌促炎細胞因子的能力,同時促進Th2和Treg細胞的活性和分泌抗炎細胞因子的能力。以上結(jié)果表明,CIM可能是通過調(diào)控腸黏膜免疫紊亂而抑制促炎因子的水平從而緩解屏障損傷和腸炎癥狀。
為了深入地了解CIM調(diào)控Th 細胞應答改善CD腸炎的分子機制,我們進行了網(wǎng)絡藥理學預測分析,初步鎖定CIM抗腸炎的作用可能通過調(diào)控MAPK信號發(fā)揮作用。MAPK 是信號級聯(lián)的重要組成部分,在IBD患者結(jié)腸炎的進展和惡化中發(fā)揮著重要作用[33]。研究表明,MAPK可被多種促炎細胞因子激活,同時還能調(diào)節(jié)多種促炎細胞因子的合成[34]。已證實,MAPK通過影響細胞因子的產(chǎn)生、免疫細胞的活化、上皮屏障的完整性以及細胞凋亡相關途徑影響IBD[35]。同時我們將KEGG 富集到的MAPK 通路關鍵靶點與CIM進行分子對接,發(fā)現(xiàn)CIM與MAP3K14、MAP2K1、MAPK14、MAPK1、IKBKB、BRAF、CASP3和JUN都具有良好的結(jié)合力(均小于-5kcal/mol),因此MAPK信號通路可能是CIM治療腸炎的潛在分子機制。文獻報道,MAPK通路的關鍵蛋白包括ERK1/2(ERK)、JNK和p38三個亞基已被證實在IBD模型中被激活[36]。MAPK通路通過將ERK、JNK和p38磷酸化成p-ERK、p-JNK和p-p38來激活炎癥信號。我們的結(jié)果證實,在TNBS小鼠腸黏膜中MAPK信號被激活,而CIM可抑制p-ERK、p-JNK和p-p38的表達。提示,CIM可能通過抑制MAPK信號而改善CD樣腸炎。本研究表明,天然植物單體升麻素(CIM)具有改善TNBS誘導小鼠腸屏障損傷和緩解腸炎癥狀的作用,CIM可調(diào)控TNBS誘導的小鼠腸黏膜輔助性T細胞亞群免疫紊亂,表現(xiàn)為抑制Th1和Th17細胞應答而促進Th2和Treg細胞應答,這一作用可能與抑制MAPK信號活化有關。
綜上所述,本研究證實升麻素可通過抑制MAPK信號的活化,調(diào)控腸黏膜免疫紊亂,從而緩解TNBS小鼠腸炎,這為CD治療藥物的研發(fā)提供新的理論依據(jù)。
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