姜 燕,周 靜 綜述,姜 政審校
(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院消化內(nèi)科 400016)
據(jù)統(tǒng)計(jì)我國HBsAg陽性者約為1.2億,其中慢性乙型肝炎患者約為3 000萬,慢性乙型肝炎演變?yōu)楦斡不s300萬,在此基礎(chǔ)上合并原發(fā)性肝癌30多萬,全世界每年約有100萬人死于肝癌,而我國約占其中的1/3還多。組織因子途徑抑制物2(tissue factor pathway inhibitor-2,TFPI-2)是一種新近發(fā)現(xiàn)的絲氨酸蛋白酶抑制物,可抑制包括纖溶酶、胰蛋白和基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metallo proteinases,MMPs)在內(nèi)的多種蛋白酶。越來越多的研究表明,TFPI-2可通過降解MMPs,抑制MMPs的活性,促進(jìn)肝臟細(xì)胞外基質(zhì)(extra cellular matrix,ECM)過度沉積,導(dǎo)致合成的ECM不僅有量的變化,而且有質(zhì)的改變,一方面可抑制腫瘤轉(zhuǎn)移、降低腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移能力,與此同時(shí)這種ECM質(zhì)和量的改變加速激活靜息狀態(tài)的肝星形細(xì)胞(hepatic stellate cell,HSC),而 HSC持續(xù)激活,又大量合成ECM,進(jìn)一步加重ECM的沉積,從而形成惡性循環(huán),導(dǎo)致肝纖維化和肝硬化的發(fā)生。因此本文就TFPI-2結(jié)構(gòu)、功能與肝臟疾病的關(guān)系作一綜述,為肝臟疾病的生物學(xué)治療奠定基礎(chǔ)。
TFPI-2是1997年由Jandial和Horne首次在雙胞胎妊娠者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的一種蛋白,并將其命名為胎盤蛋白-5(placental protien,PP-5)。后來研究發(fā)現(xiàn),PP-5和人的TFPI的氨基酸序列有很高的同源性,且兩者的性質(zhì)也有一定的相似性,因此最終命名為TFPI-2。TFPI-2基因位于人類染色體7q22,全長約7.0kb,含有5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子,可編碼mRNA含有3個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子,其翻譯213個(gè)氨基酸殘基,為廣譜的絲氨酸蛋白酶抑制物,相對分子質(zhì)量為32 000[1]。成熟的TFPI-2由5個(gè)部分組成,即富含酸性氨基酸的N端、3個(gè)首尾相連的Kunitz結(jié)構(gòu)域(kunitz domain)和富含堿性氨基酸的C端,每個(gè)結(jié)構(gòu)域都有3對二硫鍵。其中第1個(gè)結(jié)構(gòu)域(KD1)表現(xiàn)出與TFPI-1 45%同源性以及與堿性胰蛋白酶抑制劑40%同源性,第3個(gè)結(jié)構(gòu)域(KD3)與TFPI-1的相似性為53%,而第2個(gè)結(jié)構(gòu)域(KD2)為35%。成熟的蛋白70%~72%為Asp-Ala-Ala-Glu-Glu-Pro-Thr-Gly-Asn-Asn結(jié) 構(gòu),約 30% 為 Ala-Glu-Glu-Pro-Thr-Gly-Asn-Asn結(jié) 構(gòu)。TFPI-2 是 通 過 Kunitz結(jié)構(gòu)域?qū)Φ鞍姿饷高M(jìn)行抑制,主要是通過KD1和P1殘基與蛋白水解酶的蛋白袋結(jié)構(gòu)(主要是精氨酸和賴氨酸殘端)的結(jié)合來抑制其活性。TFPI-2/KD1的三維結(jié)構(gòu)是典型的Kunitz蛋白酶抑制劑折疊結(jié)構(gòu),即從Arg20到Phe33的雙帶反平行β-sheet以及從Trp48到Ala54的α-螺旋,其核心區(qū)域由3對二硫鍵和一定的二級結(jié)構(gòu)組成,并呈高度的保守性。另外從Leu19到Tyr33的結(jié)合環(huán)與纖維蛋白酶的活性位點(diǎn)有直接關(guān)聯(lián),特別是與纖維蛋白酶活性位點(diǎn)的殘基(P′1、P′2、P1和P3)都存在氫鍵,其中最重要的是P1殘基(Arg15)[2]。與 TFPI-2/胰島素復(fù)合物相比,TFPI-2/纖維蛋白酶復(fù)合物在接觸面上多出2個(gè)氫鍵,這使得兩者更加牢固。有研究發(fā)現(xiàn),與ECM相關(guān)的絲氨酸蛋白酶抑制物是相對分子質(zhì)量為33 000、27 000和31 000的蛋白,均是TFPI-2基因表達(dá)的不同糖基化產(chǎn)物,說明TFPI-2是一種廣譜絲氨酸蛋白酶抑制物[3]。
TFPI-2廣泛分布于人類肝臟、胰腺、腎臟和胎盤組織等,由表皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞,尤其是肝竇內(nèi)皮細(xì)胞分泌產(chǎn)生[4],以 TFPI-2和其糖基化的2種亞型形式存在[5]。在正常細(xì)胞中表達(dá)的 TFPI-2能夠抑制纖溶酶、MMP-1、MMP-2、MMP-3和MMP-9以及胰蛋白酶等,其在循環(huán)血液中含量極低,男性為0.190~0.750μg/L,女性為0.200~0.905μg/L,且水平不隨月經(jīng)周期改變,而妊娠婦女TFPI-2水平可高達(dá)40~70倍。在血漿中大多數(shù)以脂蛋白結(jié)合形式存在,在組織中主要存在于細(xì)胞外基質(zhì),約占體內(nèi)含量的75%~95%。有研究發(fā)現(xiàn),TFPI-2與ECM中的肝素及硫酸皮膚素的結(jié)合對TFPI-2的定位起重要作用。
2.1TFPI-2的生物學(xué)功能
2.1.1凝血功能 大量研究表明,TFPI是組織因子(tissue factor,TF)誘導(dǎo)凝血過程的負(fù)性調(diào)節(jié)物之一,可直接抑制凝血因子Ⅹа,并與凝血因子Ⅹа結(jié)合反饋抑制凝血因子Ⅶа/組織因子復(fù)合物。在正常情況下,TF與凝血因子Ⅶ(或FⅦа)結(jié)合是血液凝固的觸發(fā)點(diǎn),兩者形成復(fù)合物后能使凝血因子Ⅶ更迅速地被血液中痕量FⅩа激活,同時(shí)也使FⅦа的活性增強(qiáng)1 000倍。凝血因子Ⅶа/TF復(fù)合物將更多的FⅩ活化為FⅩа,而TFPI的KD2與FⅩа活性位點(diǎn)結(jié)合直接抑制FⅩа的活性,當(dāng)血液中TFPI達(dá)到一定濃度時(shí),還能識別位于凝血酶原復(fù)合物中的FⅩа,從而抑制凝血酶原酶,阻礙凝血酶原激活,減少凝血酶的生成,防止血栓的形成,正是這種TF與TFPI動態(tài)平衡的維持,防止了血液系統(tǒng)的疾?。?]。
2.1.2維持ECM 及基底膜(basement membrane,BM)的完整性 在正常情況下,TFPI-2能與 MMPs、ECM及BM結(jié)合,阻止MMPs與ECM結(jié)合,且進(jìn)一步成為MMPs的粘合劑并降解MMPs,從而阻止MMPs對ECM和BM的破壞,保持ECM和BM的完整性,有利于阻止疾病的侵襲與擴(kuò)散。同時(shí)TFPI-2可以增強(qiáng)金屬蛋白酶抑制劑(tissue inhibitor of metalloprotienase,TIMP)與 MMPs結(jié)合部位的結(jié)合和提高其降解MMPs的能力[7]。
2.1.3抑制腫瘤細(xì)胞的侵襲與轉(zhuǎn)移 惡性腫瘤引起患者死亡的一個(gè)重要原因是腫瘤的侵襲和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移,而惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移是多因素和多階段實(shí)施的復(fù)雜過程,涉及腫瘤細(xì)胞自身生長優(yōu)勢的獲得、細(xì)胞間黏附能力的降低、腫瘤細(xì)胞對ECM和BM的降解和破壞、細(xì)胞骨架重構(gòu)引起的細(xì)胞運(yùn)動和遷移、細(xì)胞因子誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞特異定向歸巢以及腫瘤血管、淋巴管生成,細(xì)胞凋亡和免疫殺傷等諸多因素,由于ECM的特殊結(jié)構(gòu)和組成成分,不僅是腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移的天然組織屏障,而且是腫瘤細(xì)胞與周圍環(huán)境相互作用的場所,因此ECM在腫瘤發(fā)生、發(fā)展的整個(gè)過程中都起著重要的作用,而MMPs作為ECM微環(huán)境的重要組成成分,不僅通過降解ECM促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移,而且通過酶解從細(xì)胞表面和ECM釋放的生物活性絲裂因子(FGF、IGFs和EGF),促進(jìn)腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移。一方面絲裂因子調(diào)控腫瘤細(xì)胞的生長、增殖、新生血管的生成等,另一方面上調(diào)MMPs的表達(dá)與分泌,又進(jìn)一步促進(jìn)絲裂因子的釋放。因此降解MMPs,同時(shí)抑制MMPs的活性與功能可阻止和控制腫瘤的侵襲與遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。
據(jù)研究,TFPI-2作為一種廣譜的絲氨酸蛋白酶抑制劑,能明顯抑制腫瘤中的MMPs活性和功能從而抑制腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移能力,其抑制腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移的可能機(jī)制如下:(1)抑制腫瘤新生血管的形成[8]。其主要機(jī)制包括下調(diào)血管內(nèi)皮生長因子-C(VEGF-C)、VEGF-R1和IL-8的表達(dá)。在對神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞瘤、纖維肉瘤和惡性腦膜瘤等研究中發(fā)現(xiàn),TFPI-2通過抑制新生血管的形成抑制腫瘤細(xì)胞的生長,降低其與對周圍組織的侵襲及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的能力;其次通過抑制纖溶物和金屬蛋白酶、增強(qiáng)其抑制物的活性等加速ECM的沉積以及重塑[7]。據(jù)研究,VEGF以時(shí)間、劑量依賴性增加內(nèi)皮細(xì)胞TFPI-2的轉(zhuǎn)錄和表達(dá),同時(shí)對 TNF-α、IL-1β和 FGF-2的刺激可明顯上調(diào)TFPI-2mRNA,相反 TFPI-2能明顯抑制由 VEGF和 FGF-2介導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞增殖,從而減少新生血管的形成[9]。(2)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。近年來研究發(fā)現(xiàn),TFPI-2在抑制細(xì)胞增殖及誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡中發(fā)揮重要作用,VEGF能夠上調(diào)TFPI-2的表達(dá),進(jìn)而降解絲氨酸的蛋白產(chǎn)物以結(jié)合細(xì)胞凋亡受體,引導(dǎo)細(xì)胞程序性死亡。現(xiàn)已證實(shí),凋亡蛋白(Bax)表達(dá)的增加和(或)抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)的抑制均可導(dǎo)致線粒體膜滲透性的改變甚至破裂,繼而引起線粒體細(xì)胞色素C的釋放,而細(xì)胞色素C可進(jìn)一步激活caspase-3并誘發(fā)凋亡的發(fā)生。TFPI-2可使Bax的表達(dá)水平增高,而X連鎖凋亡抑制蛋白、Bcl-2的表達(dá)水平降低,同時(shí)增強(qiáng)caspase-9、caspase-3、TNF-α、Bax、Fas相關(guān)的死亡結(jié)構(gòu)域、TNFR-1有關(guān)的死亡結(jié)構(gòu)域和Fas配體的活性,從而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞凋亡增加,發(fā)揮其抗腫瘤的效應(yīng)[10-12]。(3)抑制MMPs。ECM由多種蛋白聚糖組成,在細(xì)胞黏附、遷移、生長和分化中起重要作用,其內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定依賴生長因子、蛋白水解酶及其抑制劑之間的動態(tài)平衡。各種腫瘤細(xì)胞分泌的蛋白水解酶,如MMPs所參與的ECM的降解是腫瘤發(fā)生侵襲和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵步驟。由于TFPI-2與金屬蛋白酶組織抑制劑有相似的結(jié)構(gòu),其氨基末端自由氨基上存在Zn2+活化位點(diǎn),可以通過多價(jià)螯合劑作用與MMPs及MMP前體結(jié)合,從而抑制各種絲氨酸蛋白酶及 MMPs,如 MMP-1、MMP-2、MMP-9和MMP-13等與ECM結(jié)合,降低對ECM的破壞作用,因此TFPI-2能夠抑制ECM的降解,在腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用[13]。(4)抑制 TF/FⅦа復(fù)合物[8]。腫瘤細(xì)胞及腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞表面常有TF的異常表達(dá),與FⅦа形成TF/FⅦа復(fù)合物是外源性凝血途徑的始動因子,與腫瘤的高凝狀態(tài)有關(guān),能夠增加腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移特性,其效應(yīng)可以被TFPI-2所抑制,而TFPI-2作為組織因子途徑的重要生理抑制物則可能在抑制TF/FⅦа復(fù)合物介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)途徑中發(fā)揮作用,抑制腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移[6]。
2.2TFPI-2基因表達(dá)的調(diào)控 TFPI-2基因位于人類染色體7q22,全長約7.0kb,含有5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子,所有的外顯子和內(nèi)含子周圍的核苷酸序列都比較保守,服從GT-AC原則,TFPI-2mRNA啟動子有典型的管家基因特征,在TFPI-2基因調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用:(1)凝血酶上調(diào)TFPI-2基因的表達(dá)。該效應(yīng)發(fā)揮依賴于G蛋白偶聯(lián)受體Ⅰ及環(huán)氧合酶-2,以通過促分裂原活化蛋白酶依賴途徑增加環(huán)氧合酶-2mRNA的表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)促分裂原活化蛋白酶/環(huán)氧合酶-2依賴的信號傳導(dǎo)途徑上調(diào)TFPI-2。凝血酶介導(dǎo)的TFPI-2上調(diào)表達(dá)能抑制MMP前體的活化,降低MMP對ECM的降解。(2)炎癥介質(zhì)以及理化因素可調(diào)節(jié) TFPI-2基因的表達(dá)。IL-1、TNF-α和INF-α、β、γ等炎癥介質(zhì)、內(nèi)毒素以及山梨醇和紫外線等理化因素通過增加cAMP激活蛋白激酶C途徑或通過激活蛋白激酶/c-Jun氨基酸激酶信號傳導(dǎo)途徑實(shí)現(xiàn)對TFPI-2基因表達(dá)的調(diào)節(jié),TFPI-2啟動子區(qū)域的4個(gè)AP-1結(jié)合位點(diǎn)在該過程中起重要作用。(3)TFPI-2的凝酸胞苷酰(cytidylyl phosphate guanosine,CPG)可調(diào)節(jié) TFPI-2基因的表達(dá)。TFPI-2基因存在1個(gè)典型的220bp的CPG島區(qū)域,跨越外顯子1和3個(gè)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn),其中G+C含量大約77%,TFPI-2基因的沉默與CPG島甲基化有關(guān),與KLF-6結(jié)合的啟動子DNA超甲基化可阻止TFPI-2的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)[12]。多種腫瘤中TFPI-2的表達(dá)受到抑制都與CPG島甲基化有關(guān),同時(shí)TFPI-2甲基化常常提示組織細(xì)胞的惡性演變[13-14];同時(shí)發(fā)現(xiàn) TFPI-2mRNA 的表達(dá)與TFPI-2甲基化呈負(fù)相關(guān)[20];而5′乙酰唑胺和曲古抑菌素A能解除CPG島甲基化,兩者結(jié)合可發(fā)揮協(xié)同效應(yīng),增加TFPI-2的表達(dá),抑制腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[15]。除此之外,細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶/促分裂原活化蛋白酶信號傳導(dǎo)途徑也參與對TFPI-2基因表達(dá)的調(diào)節(jié)[16]。
3.1TFPI-2與肝硬化 目前認(rèn)為肝纖維化是肝損害持續(xù)存在,組織發(fā)生修復(fù)反應(yīng)時(shí)因ECM合成、降解與沉積不平衡而引起的病理過程,而TFPI-2過度表達(dá)在肝纖維化和肝硬化的發(fā)生與發(fā)展中起到了推波助瀾的作用。據(jù)研究,TFPI-2具有降解MMPs、抑制MMPs的活性、同時(shí)與TIMP一起共同促進(jìn)ECM過度沉積的作用。合成和沉積的ECM不僅有量的變化,而且有質(zhì)的改變,這種ECM質(zhì)和量的改變又加速激活靜息狀態(tài)的HSC,而HSC持續(xù)激活后又將導(dǎo)致:(1)HSC數(shù)量增多,合成ECM能力增強(qiáng),從而導(dǎo)致膠原合成增加[17];(2)纖維凝聚加強(qiáng)和膠原降解減少,這主要緣于HSC MMPs及TIMP表達(dá)的改變,隨著纖維化的進(jìn)展MMPs下降,伴隨TIMP的表達(dá)上調(diào),TIMP/MMPs比值增加,導(dǎo)致膠原降解減少[18];(3)ECM比例失調(diào)以及ECM質(zhì)和量的改變,導(dǎo)致HSC分泌不溶性Ⅰ型膠原明顯增加,取代Ⅲ型膠原而成為肝內(nèi)主要膠原,進(jìn)一步引起ECM分子結(jié)構(gòu)發(fā)生微異質(zhì)性改變,形成惡性循環(huán)。因此TFPI-2過度表達(dá)在肝纖維化和肝硬化的發(fā)生與發(fā)展過程中起到了重要的病理生理作用。以TFPI-2作為靶點(diǎn)治療肝纖維化將成為肝纖維化基因治療的一個(gè)途徑。如果采用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)阻斷TFPI-2的過度表達(dá),從而切斷其降解MMPs、抑制MMPs活性的作用,加速ECM的降解,從而在一定程度上達(dá)到預(yù)防和治療肝纖維化的目的[19]。
3.2TFPI-2與肝癌 由于ECM是腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移的天然組織屏障,同時(shí)是腫瘤細(xì)胞與周圍環(huán)境相互作用的場所,因此ECM在阻止腫瘤侵襲與轉(zhuǎn)移的過程中起著重要的作用。由于腫瘤細(xì)胞大量分泌MMPs,不僅降解ECM促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移,而且通過酶解從細(xì)胞表面和ECM釋放的生物活性絲裂因子(FGF、IGFs和EGF),促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長、增殖以及新生血管的生成等,同時(shí)絲裂因子上調(diào)MMPs的表達(dá)與分泌,又進(jìn)一步促進(jìn)絲裂因子的釋放,形成惡性循環(huán)。因此降解MMPs、抑制MMPs的活性可阻止和控制腫瘤的侵襲與遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。據(jù)研究,導(dǎo)致腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移常常是TFPI-2基因在腫瘤細(xì)胞中的突變、甲基化以及 TFPI-2不表達(dá)所致[20-21]。Rao等[22]分別測定了人類高度惡性、中度惡性以及低度惡性的神經(jīng)膠質(zhì)瘤中TFPI-2的表達(dá),發(fā)現(xiàn)TFPI-2mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平與腫瘤惡性程度呈負(fù)相關(guān),而惡性程度最高的腫瘤細(xì)胞株體內(nèi)轉(zhuǎn)移、侵襲能力最強(qiáng),其TFPI-2幾乎無表達(dá),同時(shí)將TFPI-2基因轉(zhuǎn)染到高度惡性的腫瘤細(xì)胞中,則發(fā)現(xiàn)明顯抑制腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移能力。Jin等[23]將TFPI-2轉(zhuǎn)染到絨毛癌細(xì)胞株JAR研究TFPI-2與絨毛癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移、侵襲能力的關(guān)系發(fā)現(xiàn),惡性腫瘤不表達(dá)TFPI-2,其轉(zhuǎn)移、侵襲能力較強(qiáng),而經(jīng)轉(zhuǎn)染后表達(dá)TFPI-2,其侵襲力減弱,說明TFPI-2表達(dá)的下調(diào)與腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移能力呈正相關(guān)。據(jù) Wong等[24]研究發(fā)現(xiàn),在大約90%原發(fā)性肝癌中TFPI-2低表達(dá)或不表達(dá),47%肝癌以及80%肝癌細(xì)胞系存在TFPI-2啟動子甲基化,從而導(dǎo)致TFPI-2轉(zhuǎn)錄和表達(dá)減少,而脫甲基作用的5′乙酰唑胺和組蛋白脫乙?;敢种苿乓志谹使TFPI-2去甲基化后能恢復(fù)TFPI-2的表達(dá);同時(shí)發(fā)現(xiàn)異位過表達(dá)的TFPI-2能明顯抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和侵襲,提示TFPI-2是一種候選的抑癌基因[25]。因此采用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)增加TFPI-2的表達(dá),增強(qiáng)TFPI-2活性,有助于降解MMPs等多種蛋白水解酶,從而達(dá)到預(yù)防和治療肝癌的目的。
盡管20世紀(jì)在肝纖維化和肝癌研究領(lǐng)域已取得重大突破,然而目前可用于肝纖維化和肝癌基因治療的靶基因還相當(dāng)有限,更多基因的功能還需要進(jìn)一步認(rèn)識和挖掘,而TFPI-2是一個(gè)組織因子途徑抑制物,在肝纖維化和肝癌的發(fā)生與發(fā)展中具有不同的病理、生理作用,同時(shí)在基礎(chǔ)與臨床應(yīng)用研究過程中仍有許多問題亟待解決,如TFPI-2對各細(xì)胞因子和相應(yīng)的傳導(dǎo)途徑的影響如何?在肝纖維化和肝癌形成過程中的作用孰輕孰重?同時(shí)針對肝纖維化和肝癌復(fù)雜的分子機(jī)制,如何進(jìn)行多靶點(diǎn)協(xié)同調(diào)控以提高療效以及如何實(shí)現(xiàn)基因治療中的靶向性、調(diào)控性以及安全性?因此肝纖維化與肝癌的基因治療目前依然任重道遠(yuǎn)。針對目前存在的問題,下一步研究重點(diǎn)將是TFPI-2在體內(nèi)、外的表達(dá)調(diào)控和對細(xì)胞轉(zhuǎn)移機(jī)制作用探討以及在動物模型中進(jìn)一步研究TFPI-2的作用,為臨床的開發(fā)與利用奠定基礎(chǔ)。
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