肖舒心, 趙 旭, 郭蓓寧
·論著·
采用耳窺鏡直視下氣管插管法構(gòu)建小鼠鮑曼不動桿菌肺炎模型
肖舒心, 趙 旭, 郭蓓寧
目的 建立耳窺鏡直視下氣管插管法,并采用上述方法構(gòu)建小鼠鮑曼不動桿菌肺炎模型。方法 ①采用美國Braintree公司插管工具盒建立在耳窺鏡直視下小鼠氣管插管方法;②24只IC R雌性小鼠隨機(jī)分為正常對照組、免疫缺陷組、免疫缺陷感染組,每組8只,其中免疫缺陷組和免疫缺陷感染組采用環(huán)磷酰胺腹腔注射后造成免疫缺陷。3組小鼠在試驗(yàn)當(dāng)日均按上述方法行氣管插管后,免疫缺陷感染組沿氣管內(nèi)插管注射10μL鮑曼不動桿菌(3.2×108C F U/m L),正常對照組和免疫缺陷組沿氣管內(nèi)插管注射10μL生理鹽水;每組小鼠均分別于0 h和48 h眼眶后靜脈叢取血,觀察白細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞等計(jì)數(shù)。并在上述時(shí)間點(diǎn)各處死4只小鼠,進(jìn)行小鼠肺組織菌落計(jì)數(shù)和肺組織病理檢查。結(jié)果 ①10只小鼠行耳窺鏡直視下氣管插管,均獲成功,無小鼠插管后死亡。沿氣管內(nèi)插管注射菌液濃度為3.0×108C F U/m L,氣管插管后0 h處死小鼠取肺并定量,其菌落計(jì)數(shù)為2.91×107~5.32×107C F U/g肺,平均值±標(biāo)準(zhǔn)差為(4.05×107±0.82×107)C F U/g肺,表明該方法重復(fù)性好;②3組小鼠觀察48 h,正常對照組和免疫缺陷組小鼠無死亡,免疫缺陷感染組有2只小鼠死亡(2/8)。與正常對照組比較免疫缺陷組和免疫缺陷感染組小鼠在0 h均出現(xiàn)血液白細(xì)胞和中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)平均值明顯下降(P<0.01);免疫缺陷感染組在感染后即刻(0 h)肺內(nèi)菌量平均值達(dá)4.13×107C F U/g肺,48 h小鼠肺內(nèi)菌量平均值顯著升高達(dá)到3.62×1010C F U/g肺,與0 h比較菌量增長近1 000倍(P<0.01),免疫缺陷感染組病理檢查結(jié)果顯示肺組織內(nèi)局限性肉芽腫形成,肺泡腔內(nèi)可見膿腫形成。結(jié)論 采用耳窺鏡直視下氣管插管法構(gòu)建小鼠鮑曼不動桿菌肺炎模型操作簡便,成功率高,且注射入小鼠肺內(nèi)的菌量較恒定,試驗(yàn)重復(fù)性好,本研究成功構(gòu)建了小鼠鮑曼不動桿菌肺炎模型。
鮑曼不動桿菌; 氣管插管; 肺炎; 動物模型
鮑曼不動桿菌(Acinetobacter bau m annii)是需氧的不發(fā)酵糖革蘭陰性桿菌,屬條件致病菌,主要引起醫(yī)院獲得性肺炎,尤其是呼吸機(jī)相關(guān)性肺炎(V A P),亦可引起血流感染、腦膜炎、腹膜炎、傷口感染等多種感染[1]。作為抗感染藥物篩選和評價(jià)的基礎(chǔ)平臺,建立鮑曼不動桿菌肺炎模型極其重要。目前通常采用滴鼻法、超聲霧化吸入法等構(gòu)建鮑曼不動桿菌肺炎模型,但以上方法難以保證進(jìn)入小鼠肺組織的菌量較恒定,故小鼠致病差異大,重復(fù)性較差[2-4]。也有部分研究采用手術(shù)暴露頸部氣管后插管注射細(xì)菌的方式,這種方法雖然直觀、易操作,但損傷較大[5]。本研究采用在耳窺鏡直視下對小鼠進(jìn)行氣管插管,操作簡單、動物損傷小、可重復(fù)性好、成功率高,并通過這一方法成功構(gòu)建了小鼠鮑曼不動桿菌肺炎模型,今后可作為研究鮑曼不動桿菌致病性和耐藥性的基礎(chǔ)平臺。
1.1 材料
1.1.1 菌株來源 鮑曼不動桿菌 H S-1511為臨床分離菌株,分離自復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院住院患者腦脊液標(biāo)本,微量稀釋法結(jié)果顯示該菌對臨床常用抗革蘭陰性桿菌藥物亞胺培南、頭孢哌酮-舒巴坦等均耐藥,僅對替加環(huán)素及多黏菌素敏感。
1.1.2 試劑 環(huán)磷酰胺,批號SL B C0666 V,麻醉劑2,2,2-三溴乙醇,批號S T B C1157 V,均購自Sig ma公司;LB Broth培養(yǎng)基,批號14012937 G,L B A gar培養(yǎng)基,批號14012950 G,均購自上海生工公司;生理鹽水,批號 W FI21110,旭東海普制藥公司生產(chǎn);甲醛組織固定劑,批號20131022,中山市康乃欣生物醫(yī)療科技有限公司生產(chǎn);蘇木精-伊紅染色劑,批號120812,上?;瘜W(xué)試劑公司生產(chǎn)。白細(xì)胞稀釋液,批號20110507,南京建成生物工程研究所生產(chǎn)。
1.1.3 實(shí)驗(yàn)動物 IC R清潔級小鼠,鼠齡6周左右,體重20~25 g,雌性,合格證號:SC X K(滬):2012-0002,購自上海斯萊克實(shí)驗(yàn)動物有限公司。小鼠飼養(yǎng)溫度18~25℃,相對濕度50%~70%,本試驗(yàn)使用43只。其中10只行耳窺鏡直視下氣管插管法,9只預(yù)實(shí)驗(yàn),24只構(gòu)建小鼠肺炎模型。
1.1.4 實(shí)驗(yàn)器材及儀器 小鼠氣管插管工具盒(圖1):美國Braintree公司產(chǎn)品,型號為R W-A3747,包括電池手柄、耳鏡頭、3.5 m m耳窺鏡、門齒環(huán)、小鼠氣管內(nèi)導(dǎo)管、喉鏡,一次性氣管插管(采用B D公司1.1 m m×30 m m 一次性使用靜脈留置針);美國Braintree公司生產(chǎn) 嚙齒動物工作臺,型號 R WA3467;美國New Brunswick科技公司生產(chǎn)搖床,型號innova 4200;瑞士M E T T L E R T O L E D O公司生產(chǎn)分析天平,型號X S205;美國U NIC公司生產(chǎn)紫外可見光分光光度計(jì),型號U V-2102C型;法國Bertin公司precellys 24多功能生物樣品組織均質(zhì)器;日本Nikon公司E2000電子顯微鏡。
1.2 方法
1.2.1 耳窺鏡直視下氣管插管法的建立
1.2.1.1 誘導(dǎo)小鼠免疫抑制 根據(jù)本課題組既往的研究結(jié)果,在實(shí)驗(yàn)術(shù)前4 d和術(shù)前1 d分別采用腹腔注射環(huán)磷酰胺200 m g/kg和150 m g/kg后,小鼠血液中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)下降約90%[6]。本試驗(yàn)仍采用上述方法誘導(dǎo)小鼠免疫抑制。
圖1 小鼠氣管插管工具Figure 1 Mice intubation tools
1.2.1.2 菌液制備 挑取L B平皿上生長的單個(gè)鮑曼不動桿菌菌落,置10 m L LB液體培養(yǎng)基中于搖床中37℃、150 r/min振蕩培養(yǎng)2 h至A 值0.1左右(600 n m),取5 m L細(xì)菌懸液,4℃、4 000 r/min離心10 min,棄上清液后采用生理鹽水洗滌并制備菌液,取100μL菌液經(jīng)系列稀釋后接種于LB培養(yǎng)基培養(yǎng)16 h后行菌落計(jì)數(shù),菌液濃度約為2.0×108~5.0×108C F U/m L。
1.2.1.3 小鼠氣管插管操作步驟 采用美國Braintree公司工具盒建立在耳窺鏡直視下小鼠氣管插管方法。具體步驟如下:采用1.25%2,2,2-三溴乙醇(25 m g/kg)腹腔注射,待小鼠麻醉后仰臥位固定小鼠于嚙齒動物工作臺上,采用門齒環(huán)一端鉤住小鼠門齒,另一端固定于操作臺,緩慢傾斜工作臺至45°,操作者右手持直頭鑷牽拉小鼠舌頭,左手持帶電池手柄的耳窺鏡,耳窺鏡尖端深入小鼠舌上,透過耳窺鏡的放大鏡,操作者可觀察到小鼠的聲門隨呼吸而開啟、閉合。在小鼠聲門開啟的瞬間,操作者迅速將已安裝氣管插管的氣管內(nèi)導(dǎo)管插入氣道,并退出導(dǎo)管。將喉鏡緊貼氣管插管口,若喉鏡表面有霧氣形成表明插管成功。
1.2.1.4 注射菌液 氣管插管成功后,沿氣管插管注射10μL鮑曼不動桿菌菌液,吹打3次,確保菌液全部進(jìn)入小鼠肺部。小鼠在嚙齒動物操作臺豎立1 min后,緩慢放平操作臺,將小鼠放回飼養(yǎng)籠中(圖2)。
圖2 氣管插管及細(xì)菌注射過程Figure 2 Intubation and injection of bacterial suspension in mice
1.2.1.5 肺組織細(xì)菌定量 待麻醉小鼠全部蘇醒,頸椎脫臼法處死小鼠,無菌操作取出小鼠兩肺,稱重后每0.1 g肺加入0.9 m L生理鹽水,組織勻漿機(jī)研磨,取100μL經(jīng)系列稀釋后接種于L B培養(yǎng)基培養(yǎng)16 h后行菌落計(jì)數(shù),繼而計(jì)算出每克肺組織的細(xì)菌含量。
1.2.2 小鼠鮑曼不動桿菌肺炎模型的建立
1.2.2.1 確定小鼠接種菌量 預(yù)實(shí)驗(yàn)共9只小鼠,在實(shí)驗(yàn)前4 d和前1 d分別采用腹腔注射環(huán)磷酰胺200 m g/kg和150 m g/kg誘導(dǎo)小鼠免疫抑制后分為3組,每組3只,第1、2和3組的接種菌量分別為2.8×107、2.8×108和2.8×109C F U/m L。采用上述氣管插管法后均注射鮑曼不動桿菌10μL至小鼠肺部,觀察24 h內(nèi)小鼠的死亡情況,第1組和第2組的3只小鼠均存活,第3組小鼠有1只死亡,以24 h內(nèi)不引起死亡的最大感染劑量作為接種菌量,即108CF U/m L作為構(gòu)建肺炎模型的接種菌量。
1.2.2.2 構(gòu)建小鼠肺炎感染模型 24只小鼠隨機(jī)分為3組,分別為正常對照組、免疫缺陷組、免疫缺陷感染組,每組8只小鼠。其中免疫缺陷組和免疫缺陷感染組在實(shí)驗(yàn)前4 d和前1 d分別采用環(huán)磷酰胺200 m g/kg和150 m g/kg腹腔注射后造成免疫缺陷。在實(shí)驗(yàn)當(dāng)日(day 0)3組小鼠均按上述方法行氣管插管后,免疫缺陷感染組沿插管注射10μL鮑曼不動桿菌(3.2×108CF U/m L),正常對照組和免疫缺陷組沿氣管插管注射10μL生理鹽水,待小鼠全部蘇醒后記為0 h。
1.2.2.3 觀察指標(biāo) ①小鼠行為學(xué)觀察,觀察小鼠體型、進(jìn)食、活動、體毛、呼吸等變化情況;②血常規(guī)變化觀察,所有小鼠于處死前均從眼眶后靜脈叢取血,作血涂片并吸取20μL置于380μL白細(xì)胞稀釋液中行血常規(guī)分析,觀察白細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞等計(jì)數(shù);③肺組織菌落計(jì)數(shù)及病理檢查。每組8只小鼠分別在0 h、48 h采用頸椎脫臼法處死4只,其中3只采用無菌操作取出小鼠兩肺后按照上述方法行菌落計(jì)數(shù)。余1只處死后取出肺組織采用4%甲醛液固定,石蠟包埋、病理切片、蘇木精-伊紅(H E)染色,用顯微鏡觀察肺組織的炎性反應(yīng)和病理改變。若出現(xiàn)自然死亡即刻解剖取出肺組織固定后進(jìn)行病理檢查。
2.1 小鼠耳窺鏡直視下氣管插管法構(gòu)建成功
10只小鼠行耳窺鏡直視下氣管插管,均獲成功,無小鼠插管后死亡。沿氣管插管注射菌液濃度為3.0×108C F U/m L,氣管插管后0 h處死小鼠取肺并定量,其菌落計(jì)數(shù)為2.91×107~5.32×107C F U/g肺,(4.05×107±0.82×107)C F U/g肺,表明該方法重復(fù)性好。
2.2 小鼠鮑曼不動桿菌肺炎模型的建立
3組小鼠接種鮑曼不動桿菌菌液濃度為3.2× 108C F U/m L,觀察48 h,正常對照組小鼠進(jìn)食、活動無明顯異常。免疫缺陷組小鼠飲食減少、活動減少,但無小鼠死亡。免疫缺陷感染組小鼠表現(xiàn)為嗜睡、呼吸緩慢、弓背、反應(yīng)遲鈍、毛發(fā)豎立、光澤度較差易脫落,有2只小鼠(2/8)死亡。3組小鼠血液中白細(xì)胞、中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)及肺組織菌落計(jì)數(shù)見表1。結(jié)果顯示,與正常對照組比較免疫缺陷組和免疫缺陷感染組小鼠在0 h均出現(xiàn)了血液白細(xì)胞和中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)平均值的明顯下降(P<0.01),免疫缺陷感染組在感染后即刻(0 h)肺內(nèi)菌量平均值達(dá)4.13 ×107C F U/g肺;與0 h比較,48 h免疫缺陷感染組小鼠肺內(nèi)菌量平均值顯著升高達(dá)到3.62×1010C F U/g肺,菌量增長近1 000倍(P<0.01),其白細(xì)胞和中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)亦升高(P<0.05)。
病理結(jié)果顯示:正常對照組肺組織基本正常,肺泡腔開放,內(nèi)未見異常物質(zhì),肺泡壁無增厚,壁內(nèi)未見炎性細(xì)胞等浸潤,支氣管、血管結(jié)構(gòu)正常;免疫缺陷組小鼠肺組織基本正常,未見壞死、淤血,未見炎性反應(yīng)以及細(xì)胞增生;免疫缺陷感染組小鼠炎性反應(yīng)強(qiáng)烈,肺間質(zhì)充血水腫,大量炎性細(xì)胞浸潤,可見局灶性肉芽腫,支氣管周圍和肺泡間質(zhì)內(nèi)見中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞為主的炎性細(xì)胞浸潤,血管顯著擴(kuò)張、充血伴出血,部分肺泡組織結(jié)構(gòu)崩解,肺泡腔內(nèi)可見膿腫形成(圖3)。
表1 3組小鼠血液中白細(xì)胞、中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)及肺組織菌落計(jì)數(shù)Table 1 The average count of w hite blood cells,neutrophils and pulm onary bacterial burden in three groups of mice
上述觀察指標(biāo)結(jié)果提示鮑曼不動桿菌肺炎模型構(gòu)建成功。
圖3 3組小鼠48 h處死后的肺組織病理照片F(xiàn)igure 3 The histopathological pictures of lung tissue fro m 3 groups of mice at 48 h after inoculation
鮑曼不動桿菌目前已經(jīng)成為醫(yī)院感染重要的病原菌。根據(jù)2012年中國C HIN E T細(xì)菌耐藥性監(jiān)測顯示,不動桿菌(其中89.6%為鮑曼不動桿菌)檢出率在革蘭陰性桿菌中位居第3,僅次于大腸埃希菌和克雷伯菌屬[7]。隨著廣譜抗菌藥物,特別是碳青霉烯類在臨床上的廣泛應(yīng)用,鮑曼不動桿菌耐藥性不斷增強(qiáng),多重耐藥和泛耐藥鮑曼不動桿菌不斷增多,給臨床治療帶來極大的困難。泛耐藥鮑曼不動桿菌(P D R-A B)引起的呼吸機(jī)相關(guān)性肺炎(V A P)由于缺乏有效藥物治療,且感染此菌的患者絕大部分為終末期患者,免疫力低下,故病死率更高,可達(dá)40%~70%[8]。目前尤其重要的是需要構(gòu)建鮑曼不動桿菌動物感染模型包括肺炎模型,鮑曼不動桿菌肺炎模型作為研究致病性和耐藥性的重要基礎(chǔ)研究平臺,可用于抗感染治療方案的篩選及評價(jià)。
既往建立鮑曼不動桿菌肺炎模型常采用的實(shí)驗(yàn)方法有超聲霧化、直接滴鼻及手術(shù)暴露頸部氣管后插管或直接注射法等3種感染途徑。滴鼻法操作可控性差,細(xì)菌可能通過鼻腔進(jìn)入消化道,小鼠間個(gè)體差異較大,故重復(fù)性、可靠性較差[2]。超聲霧化法模擬臨床肺炎感染過程較好,操作也較簡單,但小鼠由于個(gè)體差異,吸入肺內(nèi)菌量差異仍較大,難以保證進(jìn)入小鼠肺組織的菌量在同一個(gè)數(shù)量級范圍,故初始時(shí)小鼠肺部的細(xì)菌計(jì)數(shù)差異較大,形成感染的嚴(yán)重程度可能差別也較大,不利于作為新藥評價(jià)基礎(chǔ)研究平臺的操作標(biāo)準(zhǔn)化[3]。手術(shù)暴露頸部氣管后插管或直接注射細(xì)菌的方式直觀、易操作,注射入小鼠肺內(nèi)的細(xì)菌量較恒定,但損傷較大,操作不慎容易損傷鄰近的食管、血管等組織,且無菌操作要求高,稍有不慎可能污染其他細(xì)菌,對操作人員要求較高,操作上有一定困難,難以重復(fù)[4]。
曾有文獻(xiàn)報(bào)道采用在頭戴式放大鏡直視下進(jìn)行小鼠氣管插管法[5],此方法為非手術(shù)氣管插管法,操作簡單、成功率高、重復(fù)性好,可采用此方法構(gòu)建鮑曼不動桿菌肺炎模型。但該研究中采用的氣管插管、小鼠固定及口腔撐開裝置均為自制工具,無商品銷售,給其他試驗(yàn)者重復(fù)相同試驗(yàn)帶來困難。
本課題組在國內(nèi)首先引進(jìn)了美國Braintree公司的小鼠氣管插管工具盒及嚙齒動物工作臺進(jìn)行氣管插管,此方法在國外已成熟應(yīng)用。此套工具設(shè)計(jì)精細(xì),方便購買,實(shí)驗(yàn)操作簡單、成功率高,且注射入小鼠肺內(nèi)的菌量較恒定。本試驗(yàn)中10只小鼠注射細(xì)菌后即刻處死,肺內(nèi)菌量經(jīng)培養(yǎng)為(2.91×107~5.32×107)C F U/g肺,平均值(4.05×107±0.82× 107)C F U/g肺,最大量和最小量差別僅1.83倍,提示重復(fù)性好,易標(biāo)準(zhǔn)化,今后可用于如銅綠假單胞菌、肺炎克雷伯菌等其他細(xì)菌小鼠肺炎模型的建立。
由于鮑曼不動桿菌的毒力較低,正常小鼠可憑借其免疫系統(tǒng)將接種細(xì)菌清除,很難造成感染,通常構(gòu)建小鼠感染模型時(shí)需要使用免疫抑制劑。由于中性粒細(xì)胞在宿主抵抗鮑曼不動桿菌感染中起重要作用,故本試驗(yàn)中采用腹腔注射環(huán)磷酰胺200 m g/kg和150 m g/kg誘導(dǎo)小鼠免疫抑制后,導(dǎo)致小鼠中性粒細(xì)胞缺乏,無法吞噬肺泡內(nèi)細(xì)菌,造成小鼠肺部感染[9]。注射細(xì)菌48 h首先觀察到小鼠行為異常如嗜睡、呼吸緩慢、反應(yīng)遲鈍等,同時(shí)有2只小鼠死亡,其次小鼠肺內(nèi)鮑曼不動桿菌由4.13×107C F U/g肺,增殖至3.62×1010CF U/g肺,細(xì)菌量增長了約1 000倍,最后病理結(jié)果提示小鼠肺內(nèi)炎性反應(yīng)強(qiáng)烈,肺間質(zhì)充血水腫,大量炎性細(xì)胞浸潤,有局灶性肉芽腫及肺內(nèi)膿腫形成。上述陽性結(jié)果提示本次采用耳窺鏡直視下氣管插管法構(gòu)建小鼠鮑曼不動桿菌肺炎模型成功,可以采用此模型進(jìn)一步研究鮑曼不動桿菌的感染途徑和防治措施。
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Establish ment of a m urine model ofAcinetobacter baumanniipneu monia with a new intubation method
XIA O Shuxin,Z H A OX u,G U OBeining. (Institute ofA ntibiotics,H uashanH ospital,F(xiàn)udan University,Key Laboratory of Clinical P harm acology of A ntibiotics,N ational H ealth and Fa mily Planning Com mission,Shanghai 200040,China)
Objective To construct a new intubation method with an otoscope and establish a m urine m odel ofAcinetobacter bau m anniipneu m onia with this method.M ethods Part I:The H allowell Intubation Pack for mice(Braintree Scientific Inc.,U S A)was used to construct a new intubation method with an otoscope.Part II:T wenty-four female IC R mice were rando mized into 3 groups including control(group 1),im m unosuppression(group 2)and infection after im m unosuppression groups(group 3),with 8 mice in each group.The mice were treated with cyclophosphamide(C T X)by peritonealinjection to induce im m unodeficiency in groups 2 and 3. O n the experiment day(day 0),the mice were intubated using the new method,then the mice in group 3 were inoculated with 10μL of freshAcinetobacter bau m anniisuspension(3.2× 108C F U/m L)through endotracheal tube,those in other 2 groups were inoculated with 10μL of sterile saline.Blood(approximately 200μL)was draw n at 0 h and 48 h via theposterior orbital venous plexus.The total nu m ber of w hite blood cells,the nu m ber of neutrophils and the percentage of neutrophils were determined.Four mice were sacrificed at 0 h and 48 h after inoculation in each group.Then the lungs fro m each m ouse were aseptically collected for quantitative culture and histopathology.Results Part I:Ten mice were successfully intubated using the new method and none of the mice was dead.Pulm onary bacterial culture at baseline(0 h)was(2.91×107-5.32×107)C F U/g tissue,w hile the mean±standard deviation was(4.05×107±0.82×107)C F U/g tissue.The results showed that this new method had a perfect repeatability.Part II:Over 48 h,2 mice were dead in group 3,w hile no m ouse was dead in other 2 groups.For group 3,the average pulm onary bacterial culture was 4.13×107C F U/g tissue at 0 h and reached 3.62×1010C F U/g tissue at 48 h(increased appropriate 1 000 times,P<0.01).The histopathologic changes in lung showed local granulo mas and abscess in the alveolar space.Conclusions Intubation under the guidance of otoscope had the advantages of high repeatability and easy to operate.A dditionally,the method provided stable and consistent bacterialinocula into lungs.The m urine m odel ofAcinetobacter bau m anniipneu m onia was successfully established with a new intubation method under the guidance of otoscope.
Acinetobacter bau m annii;intubation;pneu m onia;animal m odel
R378
A
1009-7708(2015)01-0051-06
2014-05-28
2014-07-22
上海市科委實(shí)驗(yàn)動物研究專項(xiàng)基金(12140903203)。
復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院抗生素研究所,衛(wèi)生部抗生素臨床藥理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200040。
肖舒心(1986—)女,在讀碩士,主要從事細(xì)菌致病性及耐藥機(jī)制的研究。
郭蓓寧,E-mail:guobeining@aliyun.co m。