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1 896 第 37 卷第 9 期 论著 DOI: /j 胃泌素通过 STAT3 途径对大鼠离体心脏缺血再灌注损伤发挥保护作用 杨小利, 张骏, 周平, 王新全, 罗晓丽, 王伟, 王旭开, 曾春雨, 王红勇 ( 重庆, 第三军医大学大坪医院野战外科研究所心血管内科, 重庆市心血管病研究所 ) [ 摘要 ] 目的探讨胃泌素 (gastrin,gs) 对 SD 大鼠离体心脏缺血再灌注损伤的保护作用以及 STAT3 在其中所起的作用 方法选取 SPF 级雄性健康 SD 大鼠 48 只 ( 体质量 250~300g), 采用随机数字表法将其分为 4 组 (n=12, 其中随机 6 只检测左心室功能 TTC 染色及心肌酶谱, 其余 6 只进行 TUNEL 及 Westernblot 检测 ): 空白对照组 (B 组 ) 胃泌素预处理对照组 (GS 组 ) 缺血再灌注组 (IR 组 ) 胃泌素预处理缺血再灌注组 (GIR 组 ) 应用 Langendorf 装置进行离体心脏灌注 B 组持续灌注 Krebs Henseleit(K H) 缓冲液 130min,GS 组在持续灌注过程中的 10~30min 时间段给予了胃泌素 (10-9 mol/l) 预处理 ;IR 组及 GIR 组在阻断全心灌注前灌注 30min, 阻断灌注 40min 后再灌注 60min, 其中 GIR 组在阻断前 20min 给予胃泌素 (10-9 mol) 预处理 每组中随机 6 只于阻断灌注前即刻 (T0), 再灌注 15(T1) 30min(T2) 45(T3) 60min(T4) 时记录左心室舒张末压 (LVEDP) 左室发展压 (LVDP) 左心室最大上升速率 (+dp/dt max ); 于 T0 T4 时收集冠状窦流出液, 测定乳酸脱氢酶 (LDH) 肌酸激酶同工酶 (CK MB) 浓度 ; 灌注结束后留取心脏标本进行氯化三苯基四氮唑法 (TTC) 染色观察心肌梗死面积 ; 每组其余 6 只进行 TUNEL 染色法观察心肌细胞凋亡情况以及 Westernblot 检测 STAT3 及磷酸化 STAT3(p STAT3) 蛋白表达水平 结果 B 组与 GS 组各项指标无统计学差异 (P>0.05); 与前两组相比,IR 组与 GIR 组从 T1~T4 时间点 LVEDP 增加,LVDP 及 +dp/dt max 降低, 心肌梗死面积增大, LDH 与 CK MB 释放增加, 凋亡细胞增加,p STAT3 蛋白表达增加, 差异均有统计学意义 (P<0.05); 与 IR 组比较,GIR 组从 T1 时间点开始左心室功能各项指标均有显著恢复 (P<0.05), 心肌梗死面积减少, LDH 和 CK MB 释放降低, 心肌凋亡细胞显著减少 [(19.2±1.0)% vs(14.2±1.0)%,p<0.05], 且 p STAT3 蛋白表达显著增加 [(1.14±0.10)vs(1.63±0.10),P<0.05] 结论径在 SD 大鼠离体心脏缺血再灌注损伤中发挥保护作用 [ 关键词 ] 胃泌素 ; 缺血再灌注损伤 ;Langendorf 系统 ; 转录激活因子 3 [ 中图法分类号 ] R ;R654.2;R977.1 [ 文献标志码 ] A 胃泌素通过 STAT3 途 Gastrin protectsratsagainstmyocardialischemia/reperfusion through STAT3 pathway YangXiaoli,ZhangJun,ZhouPing,WangXinquan,LuoXiaoli,WangWei,WangXukai,ZengChunyu,Wang Hongyong(DepartmentofCardiology,ChongqingInstituteofCardiovascularDiseases,InstituteofSurgeryResearch, DapingHospital,ThirdMilitaryMedicalUniversity,Chongqing,400042,China) [Abstract] Objective Todeterminetheroleofgastrinintheprotectionofmyocardialischemic/ reperfusion(i/r)injuryinisolatedsprague Dawley(SD)ratheartsandtheroleofSTAT3intheproces. Methods Forty eighthealthyadultmalesdratsofspfgrade,weighing250to300gwererandomlydivided into4groups(n=12foreachgroup,6sdratsweresubjectedtomeasureleftventricularfunction,infarctsize andmyocardialenzymes,andtheotherswereusedtoperform TUNELasayandWesternbloting),thatis, blankgroup, gastrin pretreatmentgroup(gastrin group), I/R injurygroup(ir group), and gastrin [ 基金项目 ] 重庆市自然科学基金重点项目 (CSTC2011jB10020) [ 通信作者 ] 王红勇,E mail:whysir@aliyun.com 曾春雨,E mail:chunyuzeng01@163.com [ 优先出版 ] htp:// )

2 第 37 卷第 9 期 897 pretreatmentandi/rinjurygroup(girgroup).isolatedratheartswereperfusedwithalangendorfdevice. BlankgroupwereinfusedwithKrebs Henseleit(K H)bufercontinuouslyfor130min.Forgastringroup, gastrin(10-9 mol/l)wasaddedin10to30minafterthek Hbuferperfusion.ForIRgroupandGIRgroup, thek H buferperfusionwasstoppedafter30minutes perfusion,andthentheheartsexperienced40 minutes non perfusionand60minutes reperfusion.forgirgroupspecialy,gastrin(10-9 mol/l)was infusedfor20minafter10minutes K Hbuferperfusion.Leftventricularenddiastolicpresure(LVEDP), leftventriculardevelopedpresure(lvdp)andmaximalrateofriseofleftventricularpresure(+dp/dt max ) weremeasuredattimepointsimmediatelybeforetheperfusionblocking(t0),15min reperfusion(t1),30 min reperfusion(t2),45min reperfusion(t3)and60min reperfusion(t4).theeluateofcoronarysinus wascolectedatt0andt4respectivelytomeasurethecontentsoflactatedehydrogenase(ldh)andcreatine kinaseisoenzyme(ck MB).Aftertheexperiment,theheartsweresubjectedtoTTCstainingforinfarctsize. TUNELasaywasusedtodetectcelapoptosisforthemyocardiocytes,andWesternblotingforSTAT3and phosphp STAT3asesment.Results Therewerenodiferencesinalthefolowingindexesbetweentheblank andgastringroups(p>0.05).inirgroupandgirgroup,lvedpwasincreased,whilelvdpand+dp/dt max weredecreasedatthetimepointsfrom T1toT4,theinfarctsizewasexaggerated,thecontentsofLDH and CK MBwereelevated,celapoptosiswasenhancedandtheexpresionofp STAT3wasincreasedwhen comparedwithblankandgastringroups(p<0.05).gastrinpretreatmentresultedinimprovedlvedp,lvdp and+dp/dt max fromt1tot4timepoints(p<0.05),reducedinfarctsize(p<0.05),lowercontentsofldh andck MB(P<0.05),amelioratedcelapoptosis[(19.2±1.0)% vs(14.2±1.0)%,p<0.05]and enhancedstat3phosphorylationcomparedwithir group(1.14±0.10vs1.63±0.10,p<0.05). Conclusion GastrinprotectsthemyocardialinjuryagainstischemiaandreperfusionthroughSTAT3pathway. [Keywords] gastrin;ischemiareperfusioninjury;langendorfsystem;stat3 SupportedbytheKeyProjectofNaturalScienceFoundationofChongqing(CSTC2011jB10020).Corespondingauthor:WangHongyong,E mail:whysir@ aliyun.com;zengchunyu,e mail:chunyuzeng01@163.com 急性心肌梗死在我国有着很高的发病率和病死率 而心肌的缺血再灌注损伤 (ischemiareperfusion injury,iri) 可加重心肌结构破坏和功能障碍, 是影响心肌梗死治疗及预后的重要因素 [1] 目前研究者们针对防治心肌缺血再灌注损伤进行了大量的基础及临床研究, 建立了诸如通过降低活性氧生成 [2] 改善线 [3] 粒体能量代谢等阻止心肌细胞凋亡坏死的途径以 [4] 及促进心肌细胞再生等策略和靶点, 取得了一定的成果, 但其效果及安全性等尚有待进一步证实, 因此寻找一种新的改善心脏缺血再灌注损伤的方法成为了研究热点 研究表明饱食状态下的大鼠心脏对缺血再灌注损伤具有较好的耐受性 [5] 而受进食影响最大的是胃肠道激素, 其中循环中的胃泌素是其他胃肠道激素的 10~20 倍 [6] 既往研究认为胃泌素具有增强细胞缺氧 [7] [8] 耐受以及抗凋亡作用, 那么胃泌素是否参与了饱食状态下对心脏缺血再灌注损伤的保护作用? 机制是什么? 目前尚不清楚 因此, 本实验通过观察胃泌素在 SD 大鼠离体心脏缺血再灌注中的影响, 探讨胃泌素预处理对心脏缺血再灌注损伤的保护作用及机制 1 材料与方法 1.1 试剂与耗材胃泌素 (gastrinⅠ) 2.5% 戊巴比妥钠 氯化三苯 基四氮唑 (TTC) 抗 Tropomyosin 抗体 (Sigma, 美国 ); STAT3 磷酸化 STAT3(p STAT3) GAPDH 抗体 (Santa Cruz, 美国 );TUNEL 试剂盒 (RocheAppliedBioSci ences, 德国 );PowerLab 多通道生理记录仪 (ADInstru ments, 澳大利亚 ); 荧光显微镜 (TOKYO, 日本 );K H 缓冲液包括 (mmol/l):118nacl,4.8kcl,1.2mgso 4, 1.2CaCl 2,25NaHCO 3,1.2KH 2 PO 4 以及 11Glucose (ph=7.4), 试剂均为市售分析纯产品 1.2 实验动物与分组 12~15 周龄 SPF 级雄性 SD 大鼠 ( 体质量 250~ 300g)48 只, 由第三军医大学大坪医院野战外科研究所实验动物中心提供 采用随机数字表法将其分为 4 组 (n=12, 其中随机 6 只检测左心室功能 TTC 染色及心肌酶谱, 其余 6 只进行 TUNEL 及 Westernblot 检测 ): 空白组 (B 组 ), 持续 K H 缓冲液灌注 130min; 胃泌素预处理组 (GS 组 ),K H 缓冲液灌注 10min, 离体心脏跳动达到稳定状态后给予胃泌素 (10-9 mol/l) 预处理 20min, 再给予 K H 缓冲液灌注 100min; 缺血再灌注组 (IR 组 ), 全心阻断灌注前给予 K H 缓冲液灌注 30min, 阻断灌注 40min 后给予 K H 缓冲液灌注 60min; 缺血再灌注胃泌素预处理组 (GIR 组 ),K H 缓冲液灌注 10min 后给予胃泌素预处理 20min, 然后阻断

3 898 第 37 卷第 9 期 全心灌注, 阻断 40min 后给予 K H 缓冲液灌注 60min 1.3 Langendorf 离体心脏灌注模型的建立 SD 大鼠给予肝素 (300U) 腹腔注射抗凝,20min 后用 2.5% 戊巴比妥钠 (50mg/kg) 腹腔麻醉 麻醉完全后剪开胸骨, 快速剪取心脏, 放入 4 K H 缓冲液中, 排空心腔内残血, 迅速移至 Langendorf 装置上, 以 95%O 2 ~5% CO 2 的混合气体饱和的 K H 缓冲液 (ph 值 7.35~7.40) 在恒温 (37 ) 恒流 (12mL/min) 条件下灌注 在肺动脉圆锥处剪一小口, 使冠脉流出液自然流出 剪开左心耳, 将连接有测压导管的心室球囊送入左心室, 另一端连接多导生理记录仪, 向心室球囊内缓慢注射适量生理盐水, 使左心室舒张末压保持在 5~10mmHg,10min 后心脏搏动达到稳定状态 再灌注结束后取下心脏放入 -80 冰箱保存待用 1.4 心功能指标观察每组随机选定 6 只 SD 大鼠进行左心功能测定 设定心脏缺血前即刻为 T0, 再灌注 15(T1) 30(T2) 45(T3) 60min(T4) 用 PowerLab 多通道生理信号采集处理系统分别记录各个时刻的左室舒张末压 (LV EDP) 左室发展压 (LVDP) 左心室内压最大上升速率 (+dp/dt max ) 的波形及数值 1.5 心肌梗死面积测定每组随机选定 6 只 SD 大鼠进行 TTC 染色 再灌注结束后, 心脏组织立即置于 -80 冰箱冷冻 2h, 将冷冻后的心脏从心尖到心基底部平行切成 0.2cm 厚薄片 6 片, 放入 l%ttc 溶液 (ph7.4) 中 37 温孵 15min 染色, 存活的心肌将被染成红色, 梗死区心肌呈灰白色 用 ImageJ 图像分析软件计算心肌梗死面积百分比 ( 心肌梗死面积 = 梗死心肌面积 / 总心肌面积 100%) 1.6 心肌酶谱检测于 T0 T4 时间点收集冠状窦流出液, 采用 ELISA 法分别检测其中乳酸脱氢酶 (LDH) 及肌酸激酶同工酶 (CK MB, 南京建成生物工程研究所 ) 的浓度 1.7 TUNEL 试剂盒检测凋亡每组随机选定 6 只 SD 大鼠进行 TUNEL 试剂盒检测 将 4% 多聚甲醛固定的心肌组织常规石蜡包埋并做心肌组织切片, 经脱蜡 脱水及抗原修复后, 用抗 tropomyosin 抗体染色心肌肌小节, 用 TUNEL 试剂盒进行心肌细胞的凋亡染色,DAPI 染色细胞核, 荧光显微镜照相, 统计 TUNEL 阳性细胞百分率 (TUNEL 阳性细胞数 / 总细胞数 100%) 1.8 Westernblot 检测 STAT3 及 p STAT3 蛋白表达每组随机选定 6 个心脏标本按组织总蛋白的提取方法提取总蛋白,25μg 蛋白进行 SDS PAGE 电泳分 离, 电泳后电转于硝酸纤维素膜上,5% 脱脂牛奶室温封闭 90min 分别孵育 STAT3 抗体 (1 800),p STAT3 抗体 (1 800),4 过夜 TBST 洗涤 3 次, 加入 稀释的荧光二抗, 室温避光孵育 90min,TBST 洗涤 3 次, 通过荧光扫描仪 (LI COR, 美国 ) 采集信号,QuantityOne 软件分析计算灰度值 1.9 统计学处理采用 SPSS16.0 统计软件进行分析, 计量数据以 x±s 珋表示, 组间比较行单因素方差分析, 组内差异比较行重复测量数据的方差分析 2 结果 2.1 SD 大鼠离体心脏左心室功能如表 1 所示, 在 T0 时各组间左心室功能数据无统计学差异 (P>0.05) 在 T1 T2 T3 T4 时间点,B 组与 GS 组间左心室功能无统计学差异 (P>0.05), 与 B 组和 GS 组比较,IR 组与 GIR 组 LVEDP 升高,LVDP 与 +dp/dt 下降, 有统计学差异 (P<0.05); 与 IR 组比较,GIR 组 LVEDP 下降, 而 LVDP 与 +dp/dt 升高, 有统计学差异 (P<0.05) 表 1 各组大鼠不同时间点左心室功能比较 (n=6, x±s) 珋 LVEDP(mmHg) T0 T1 T2 T3 T4 B 组 7.2± ± ± ± ±0.3 GS 组 7.4± ± ± ± ±0.3 IR 组 7.8± ±6.0 ab 75.3±4.0 ab 64.3±3.3 ab 56.7±2.2 ab GIR 组 7.0± ±5.1 abc 32.5±3.1 abc 30.6±3.7 abc 25.5±3.5 abc LVDP(mmHg) T0 T1 T2 T3 T4 B 组 92.5± ± ± ± ±2.3 GS 组 93.0± ± ± ± ±3.4 IR 组 91.9± ±2.2 ab 14.0±2.3 ab 18.2±2.4 ab 20.8±2.1 ab GIR 组 90.1± ±2.7 abc 37.6±6.5 abc 49.7±5.8 abc 56.2±5.5 abc +dp/dt max (mmhg/s) T0 T1 T2 T3 T4 B 组 ± ± ± ± ±183.8 GS 组 ± ± ± ± ±140.1 IR 组 ± ±24.4 ab 272.9±41.9 ab 414.1±91.7 ab 540.8±8.5 ab GIR 组 ± ±80.9 abc 626.3±131.8 abc ±163.6 abc ±173.0 abc a:p<0.05, 与 B 组比较 ;b:p<0.05, 与 GS 组比较 ;c:p< 0.05, 与 IR 组比较 2.2 心肌梗死面积的改变 B 组 (1.7±0.4)% 与 GS 组 (1.8±0.5)% 未进行缺血处理,TTC 染色心肌梗死面积两组间无统计学差异 (P>0.05) 与 B 组和 GS 组比较,IR 组 (36.3± 3 0) 与 GIR 组 (16.5±0.9) 心肌梗死面积增加, 有统计学差异 (P<0.05) 与 IR 组比较,GIR 组心肌梗死面积减少, 有统计学差异 (P<0.05, 图 1)

4 第 37 卷第 9 期 899 每组从左到右代表心脏组织心底到心尖部图 1 各组大鼠心肌梗死面积大体形态观察 2.3 心肌酶 LDH CK MB 释放量在 T0 时间点, 各组 LDH CK MB 浓度无统计学差异 (P>0.05) 在 T4 时间点,B 组与 GS 组间 LDH CK MB 无统计学差异 (P>0.05); 与 B 组和 GS 组比较,IR 组与 GIR 组的 LDH CK MB 均显著升高 (P< 0 05); 与 IR 组比较,GIR 组的 LDH CK MB 明显下降 (P<0.05, 表 2) 表 2 各组大鼠 T0 T4 时间点灌注液 LDH CK MB 的 含量比较 (U/L,n=6, x±s) 珋 LDH CK MB T0 T4 T0 T4 B 组 16.0± ± ± ±0.4 GS 组 16.3± ± ± ±0.9 IR 组 16.1± ±45.2 ab 2.7± ±18.6 ab GIR 组 18.0± ±21.2 abc 3.1± ±4.9 abc a:p<0.05, 与 B 组比较 ;b:p<0.05, 与 GS 组比较 ;c:p< 0.05, 与 IR 组比较 2.4 免疫荧光染色检测心肌组织 TUNEL 阳性细胞免疫荧光染色显示,B 组与 GS 组未见明显 TUNEL 阳性细胞, 在 IR 组与 GIR 组中可见 TUNEL 阳性细胞 ; 与 IR 组比较,GIR 组阳性细胞数减少 统计 TUNEL 阳性细胞所占百分数,B 组 (0.7±0.3) 与 GS 组间 (0.6±0.2) 差异无统计学意义 (P>0.05); 同 B 组和 GS 组比较,IR 组 (19.2±1.0) 与 GIR 组 (14.2± 1.0) 均显著升高 (P<0.05); 同 IR 组比较,GIR 组阳性率明显下降 (P<0.05, 图 2)! "#$ 图 2 荧光显微镜下观察各组大鼠心肌组织形态学变化

5 900 第 37 卷第 9 期 2.5 Westernblot 检测心肌 STAT3 蛋白与其 p STAT3 蛋白表达 心肌 STAT3 蛋白与其 p STAT3 蛋白表达改变 Westernblot 检测结果显示,B 组 p STAT3 蛋白表达水平与 STAT3 蛋白表达灰度比值 (0.65±0.08) 与 GS 组 (0.76±0.09) 间比较差异无统计学意义 (P>0.05) 与 B 组和 GS 组比较,IR 组 (1.14±0.10) 和 GIR 组 (1.63±0.10) 均有统计学差异 (P<0.05) 与 IR 组比较,GIR 组 p STAT3 蛋白表达水平明显升高 (P< 0 05, 图 3) 1:B 组 ;2:GS 组 ;3:IR 组 ;4:GIR 组 图 3 Westernblot 检测各组大鼠心肌 STAT3 与 p STAT3 3 讨论 蛋白表达 急性心肌梗死是威胁人类生命的最主要疾病之一, 尽快恢复冠状动脉的血液灌注是治疗急性心肌梗死最直接有效的方法 然而, 研究发现心肌缺血后的再灌注治疗会加重心肌的损伤, 表现为心肌梗死面积增加 心功能显著下降等 改善心脏缺血再灌注损伤, 对于急性心肌梗死的治疗效果以及预后等有着重要的意义 胃泌素是重要的胃肠道激素之一, 属 CCK 家族成员, 分子量为 2100, 含有 17 或 34 个氨基酸的多肽, 主要由胃 十二指肠的 G 细胞合成并分泌, 受饮食中蛋白含量影响明显, 全身分布广泛 作为一种经典的消 [9] 化道激素, 其生物学功能是促进胃酸分泌及营养胃肠道黏膜 [10] 此外, 研究发现胃泌素与表皮细胞生长因子协同作用, 诱导胰岛 β 细胞的增生以及促进胰岛素的释放, 预防胰岛素抵抗的发生 [11] 胃泌素受体 (CCK AR CCK BR 以及 CCK CR) 属于 G 蛋白偶联受体, 在全身多个器官组织中表达较高, 包括肾脏 心肌和冠状动脉 [12], 与胃泌素亲和力最强的受体是 CCK BR [13] 在肾脏中, 胃泌素和 CCK BR 通过与多巴胺受体的相互作用, 促进大鼠肾脏利尿排钠, 从而影响大鼠血压 [14] 在心脏中, 有研究发现给予冠状动脉内注射胃泌素可增加动物的冠脉流量及左心室功能 [12], 说明胃泌素与心血管系统之间存在着密切联系 本研究应用 Langendorf 系统建立离体心脏缺血再灌注损伤 模型, 除去神经体液因素影响, 同时通过 GS 组与 B 组的比较, 可知本研究中 10-9 mol/l 的胃泌素未见明显冠脉扩张作用, 对实验结果无影响, 在此基础上进一步探讨了胃泌素在心肌缺血再灌注损伤中的作用 本研究证明 : 缺血再灌注损伤后左心室功能受损, 心肌梗死面积增大, 心肌酶释放增加, 心肌细胞凋亡增加 ; 但在缺血前给予胃泌素预处理后, 可发现缺血后左心室功能恢复明显改善, 心肌梗死面积显著减少, 心肌酶释放受到抑制, 同时 TUNEL 染色发现心肌细胞凋亡明显减少, 提示胃泌素可以减少心肌在缺血再灌注中造成的细胞凋亡, 从而减轻心肌的损伤, 促进心功能的恢复 在急性心肌梗死以及心肌缺血再灌注损伤中, 细胞凋亡是最重要的病理生理现象之一, 其机制复杂 生存活化因子增强 (survivoractivatingfactorenhance ment,safe) 途径是近年来新发现的保护通路, 为寻找新的药物治疗靶点提供了新思路 [15] 其中 STAT3 磷酸化是其重要的调节方式 STAT3 是人体内非常重要的转录调节因子, 通过酪氨酸残基或丝氨酸残基的磷酸化而被激活, 广泛参与细胞应激 增殖和凋亡等多种生物学效应 既往研究表明 STAT3 参与心脏缺血预保护, 并应用 STAT3 敲除小鼠证明 STAT3 在缺血再灌注损伤及缺血预保护中起了主要作用 [16] 既往研究表明 CCK BR 与 STAT3 之间存在密切联系 [17],CCK BR 可促进 STAT3 磷酸化, 促进细胞增殖 细胞粘附等 胃泌素作为 CCK BR 受体激动剂, 也有研究表明胃泌素与其 CCK BR 受体结合可以促进 STAT3 的磷酸化, 抑制食道癌细胞的凋亡 [18] 因此本研究应用 Westernblot 检测了 STAT3 蛋白及其磷酸化蛋白表达水平的改变, 在缺血前给予胃泌素预处理后 p STAT3 蛋白的表达明显增加, 提示胃泌素可促进 STAT3 蛋白磷酸化 综上所述, 胃泌素对 SD 大鼠的离体心脏缺血再灌注损伤具有保护作用, 其作用机制可能是通过促进 STAT3 蛋白的磷酸化, 减少心肌细胞的凋亡有关 但本实验未使用 STAT3 抑制剂阻断 STAT3 的磷酸化, 那么胃泌素预处理对心脏缺血再灌注损伤的保护作用仅是通过这一途径发挥, 还是存在其他信号通路, 目前尚未明确 此外, 目前缺血再灌注损伤的治疗研究已取得了很大的进展, 但主要为外源性干预, 而胃泌素作为内源性物质, 可增加治疗的安全性及有效性, 改善心肌梗死患者血运重建的预后 同时也提高医学科研人员对消化道激素在心脏中影响的认识, 开启胃 心轴的对话 参考文献 : [1] PericoneAJ,Vander HeideRS.Noveltherapeuticstrate

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