腫瘤分子病理流行病學(xué)

周子寒 余紅平

分子病理流行病學(xué)（molecular pathological epidemiology，MPE）是一個(gè)涉及病理學(xué)、流行病學(xué)等多學(xué)科的跨學(xué)科研究領(lǐng)域，其基于疾病的異質(zhì)性和分子病理特征為基礎(chǔ)，應(yīng)用流行病學(xué)研究設(shè)計(jì)的原理和方法，分析暴露因素（環(huán)境、飲食、生活方式、遺傳因素）及疾病個(gè)體細(xì)胞或細(xì)胞外分子水平的改變（疾病分子特征）與疾病發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后之間的關(guān)系［1-4］，以更好地了解復(fù)雜的異質(zhì)性疾病的病因和進(jìn)展，并在人口健康和臨床醫(yī)學(xué)工作中提供預(yù)防和治療措施。MPE概念于2010年由Ogino等［2］率先提出，并用于腫瘤病因?qū)W研究，之后在臨床醫(yī)學(xué)、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和個(gè)性化治療等領(lǐng)域中均得以應(yīng)用。在病因?qū)W研究方面，傳統(tǒng)流行病學(xué)只是研究暴露因素與群體患病之間的關(guān)系，只考慮群體整體而忽略了群體內(nèi)部個(gè)體之間存在的細(xì)致而巨大的差異，而MPE結(jié)合了分子病理學(xué)和分子流行病學(xué)等學(xué)科，研究特定分子特征的疾病與特定暴露因素之間的關(guān)聯(lián)，并探討在特定分子特征下，不同暴露因素之間的相互作用對(duì)疾病發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后的影響，充分考慮到了疾病的異質(zhì)性。

隨著“大數(shù)據(jù)”和“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”時(shí)代到來(lái)，MPE概念和方法逐漸應(yīng)用到大型前瞻性隊(duì)列或病例對(duì)照研究中，并以這些豐富的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)資源為基礎(chǔ)，更準(zhǔn)確地推斷暴露與疾病的關(guān)系。MPE的研究設(shè)計(jì)方法是傳統(tǒng)流行病學(xué)方法的優(yōu)化［5］，在前瞻性隊(duì)列研究中，通過(guò)檢測(cè)暴露者和非暴露者中發(fā)生特定改變（如基因突變）的某病發(fā)生率，同時(shí)也檢測(cè)未發(fā)生特定改變（無(wú)基因突變）的某病發(fā)生率，以評(píng)估某暴露因素是否引起患病個(gè)體發(fā)生某種特定改變；在病例對(duì)照研究設(shè)計(jì)中，分析研究因素在基因突變型、基因野生型患者和對(duì)照組之間的分布差異，以評(píng)估某暴露因素是否與某些特定改變有關(guān)聯(lián)。

至今為止，MPE研究已被廣泛應(yīng)用于結(jié)直腸癌、肝癌、乳腺癌和肺癌等惡性腫瘤的研究，本文對(duì)近年來(lái)MPE在腫瘤病因?qū)W研究中的應(yīng)用作一綜述。

1 結(jié)直腸癌分子病理流行病學(xué)

結(jié)直腸癌是多因素、多基因、多途徑共同作用發(fā)展而來(lái)。以往研究表明，染色體不穩(wěn)定性、微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSI）、表觀基因組不穩(wěn)定性（如CpG島甲基化表型CIMP），以及體細(xì)胞突變、插入缺失和拷貝數(shù)改變等單獨(dú)或相互作用可導(dǎo)致結(jié)直腸上皮細(xì)胞惡性化［6］。Campbell等［7］研究 MSI、體質(zhì)指數(shù)（BMI）和結(jié)直腸癌風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在微衛(wèi)星穩(wěn)定（MSS）狀態(tài)下，BMI大小與結(jié)腸癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)呈正相關(guān)，而在MSI狀態(tài)下兩者無(wú)關(guān)聯(lián)。Van Guelpen等［8］在結(jié)腸癌患者葉酸代謝通路與CpG島甲基化表型狀態(tài)關(guān)系的研究中，發(fā)現(xiàn)亞甲基四氫葉酸還原酶（MTHFR）基因677位點(diǎn)多態(tài)性?xún)H與CIMP表型陽(yáng)性結(jié)腸癌的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)，而與CIMP表型陰性結(jié)腸癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)無(wú)關(guān)；MTHFR基因1298位點(diǎn)多態(tài)性?xún)H與CIMP表型陰性結(jié)腸癌的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)，而與CIMP表型陽(yáng)性結(jié)腸癌的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)無(wú)關(guān)。此外，在以往流行病學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)［9］，吸煙與結(jié)直腸癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)性較低，但進(jìn)一步將結(jié)直腸癌按MSI和CIMP狀態(tài)分型后，發(fā)現(xiàn)吸煙與高度MSI和高度CIMP表型的結(jié)直腸癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)［10-11］。因此，今后開(kāi)展結(jié)直腸癌病因?qū)W研究時(shí)，應(yīng)注意考慮結(jié)直腸癌表型，不同分子分型的結(jié)直腸癌，其病因?qū)W可能不同。

所有疾病的病理過(guò)程都涉及多種細(xì)胞因子的相互作用，其中也包括在組織微環(huán)境中參與免疫應(yīng)答的細(xì)胞因子。Song等［12］在ω-3多不飽和脂肪酸（PUFA）對(duì)結(jié)直腸癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)研究中，發(fā)現(xiàn)在高密度FOXP3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞型中，相對(duì)于ω-3 PUFA攝入量低于0.15 g/d的個(gè)體，ω-3 PUFA攝入量高于0.35 g/d的個(gè)體發(fā)生結(jié)直腸癌的風(fēng)險(xiǎn)比（HR）為 0.57（95%CI：0.40～0.81，P＜0.001），而在 CD3+、CD8+和 CD45RO+細(xì)胞型中，ω-3 PUFA攝入量與結(jié)直腸癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＝0.34），提示高攝入ω-3 PUFA可降低高水平FOXP3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞型結(jié)直腸癌的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。此外，一項(xiàng)阿司匹林與結(jié)直腸癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)性研究［13-14］發(fā)現(xiàn)，服用阿司匹林與環(huán)氧合酶 2（COX-2）高表達(dá)相關(guān)（P=0.02），在COX-2高表達(dá)患者中，規(guī)律服用阿司匹林與結(jié)直腸癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)降低顯著相關(guān)（RR=0.64，95%CI：0.52～0.78），而在 COX-2 低或無(wú)表達(dá)患者中，規(guī)律服用阿司匹林與結(jié)直腸癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)無(wú)關(guān)聯(lián)（RR=0.96，95%CI：0.73～1.26），提示規(guī)律服用阿司匹林類(lèi)藥物可降低結(jié)直腸癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的作用僅在COX-2高表達(dá)型結(jié)直腸癌中體現(xiàn)。同樣，Cao等［15］在對(duì)阿司匹林的使用與結(jié)直腸癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)性研究中，發(fā)現(xiàn)在低密度腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞（TILs）型患者中，規(guī)律服用阿司匹林可降低結(jié)直腸癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)（RR=0.72，95%CI：0.63～0.81），但在中等密度 TILs型（RR=0.95，95%CI：0.72～1.24）或高密度 TILs型（RR=1.09，95%CI：0.78～1.51）中，規(guī)律服用阿司匹林與結(jié)直腸癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)無(wú)關(guān)聯(lián)。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)服用阿司匹林劑量和持續(xù)時(shí)間的增加與低密度TILs型結(jié)直腸癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)降低顯著相關(guān)（P＜0.001），而與中密度和高密度TILs型結(jié)直腸癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)無(wú)關(guān)（P＝0.28），提示腫瘤微環(huán)境中的免疫應(yīng)答在阿司匹林化療效果中具有潛在作用，進(jìn)一步說(shuō)明了先天性和適應(yīng)性免疫在健康和疾病中的重要作用，機(jī)體的免疫特征亦可作為分子病理流行病學(xué)的分型依據(jù)之一，對(duì)暴露因素、腫瘤分子特征和免疫特征的綜合分析可更好地了解腫瘤發(fā)生、發(fā)展過(guò)程，尤其對(duì)了解腫瘤的病因至關(guān)重要。

2 肝癌分子病理流行病學(xué)

肝癌是異質(zhì)性最強(qiáng)的惡性腫瘤之一。大量分子流行病學(xué)研究［16-18］表明，基因的遺傳多態(tài)性與肝癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)，比如氧化應(yīng)激、DNA損傷修復(fù)、免疫反應(yīng)等生物學(xué)通路的基因單核苷酸多態(tài)性與肝癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，不同基因型的個(gè)體罹患肝癌風(fēng)險(xiǎn)不同。另外，越來(lái)越多的流行病學(xué)研究證實(shí)糖尿病是肝癌的獨(dú)立危險(xiǎn)因素［19-20］，但糖尿病影響肝癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的分子機(jī)制仍不清楚。Ueyama等［21］在日本人群中探討非病毒性肝炎2型糖尿?。═2DM）患者PNPLA3和JAZF1基因多態(tài)性與肝細(xì)胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系，將研究對(duì)象分為T(mén)2DM-HCC組和T2DM-non-HCC組，發(fā)現(xiàn)在非病毒性肝炎T2DM人群中，PNPLA3和JAZF1基因多態(tài)性與HCC發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，其中PNPLA3 rs738409基因多態(tài)性是HCC發(fā)生最主要的危險(xiǎn)因素。Capone等［22］在T2DM組、HCV組、HCC組、T2DM-HCC組和健康對(duì)照組的病例對(duì)照研究中發(fā)現(xiàn)，相比T2DM或HCC患者，T2DM-HCC 患者血清中 IL-2r、sIL-6 Ra、IL-16、IL-18、HGF、β-NGF、CXCL1、CXCL12、ADIPOQ 和 IFN-α 等炎癥因子水平較高，但LEP水平較低；相比T2DM患者，T2DM-HCC患者血清中趨化因子CXCL9、血小板內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子-1（PECAM-1）、催乳素和胰高血糖素水平較高，而血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體sVEGFR-1和sVEGFR-2水平較低，提示在不同分子特征肝癌中，這些細(xì)胞因子水平具有明顯差異性，可為今后肝癌分子病理流行病學(xué)研究提供分型依據(jù)，從而更深入解釋糖尿病在肝癌發(fā)生中的作用及致病機(jī)制。

在中國(guó)東部和東南部，HCC發(fā)生的危險(xiǎn)因素主要有高黃曲霉毒素B1（AFB1）暴露、HBV和HCV感染。Long等［23］在1 499例HCC患者和2 045名健康對(duì)照者中，根據(jù)外周血中AFB1蛋白（ALB）加合物水平確定患者AFB1的暴露水平，將食用玉米和花生等被AFB1污染的食物的時(shí)間定義為AFB1暴露年，以評(píng)估XRCC4編碼區(qū)21個(gè)單核苷酸多態(tài)性與AFB1相關(guān)HCC發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)后的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在21個(gè)單核苷酸多態(tài)性中，rs28383151與HCC發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)，攜帶rs28383151 AA/AG基因型的個(gè)體罹患HCC的風(fēng)險(xiǎn)增加（OR=2.17；95%CI：1.77～2.67），且與 AFB1暴露存在交互作用，即隨著AFB1暴露年和暴露水平增加，HCC發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)升高，提示XRCC4 rs28383151多態(tài)性可能是AFB1相關(guān)HCC的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)后分子標(biāo)志物。因此，將疾病進(jìn)行更細(xì)致的分子分型，能更好地了解疾病的病因及發(fā)病機(jī)制，更有效地識(shí)別疾病高危人群，為疾病防治提供更高效靶點(diǎn)。

3 乳腺癌分子病理流行病學(xué)

乳腺癌是最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，Perou等［24］于2000年首次提出乳腺癌分子分型的概念，將乳腺癌分為雌激素受體（estrogen receptor，ER）陽(yáng)性及陰性2組，ER陰性組占所有乳腺癌患者的20%～30%，且其在年輕婦女和非洲婦女中比例較高，ER陰性組的病因?qū)W和臨床特征不同于ER陽(yáng)性組。一項(xiàng)ER陰性乳腺癌全基因關(guān)聯(lián)研究（genome-wide association studies，GWAS）發(fā)現(xiàn)［25］，MDM4 rs4245739、LGR6 rs6678914、2p24.1號(hào)染色體rs12710696和FTO rs11075995基因多態(tài)性與ER陰性乳腺癌易感性有關(guān)，而與ER陽(yáng)性乳腺癌易感性無(wú)關(guān)，提示ER陽(yáng)性和ER陰性乳腺癌的病因和發(fā)病機(jī)制不同。癌癥基因圖譜（the cancer genome atlas，TCGA）［26］在基因分子水平上根據(jù) ER、孕激素受體（PR）、人體表皮生長(zhǎng)受體2（HER2）及增殖細(xì)胞核抗原（Ki-67）的表達(dá)水平將乳腺癌分成了4種重要類(lèi)型，即管腔上皮 A 型（Luminal A）：ER（+）/PR（+），HER2（-），PR≥20%，Ki-67＜14%；管腔上皮B 型（LuminalB）：ER（+）/PR（+），Ki-67＞14%，HER2（+）；HER2 過(guò)表達(dá)型：ER（-），PR（-），HER2（+）；基底樣型（basal）：ER（-），PR（-），HER2（-）。此后大量研究從臨床實(shí)踐、患者預(yù)后及治療反應(yīng)等方面證實(shí)了這些不同分子類(lèi)型乳腺癌有其各自的特異性，如程洪濤［27］在628例非轉(zhuǎn)移性浸潤(rùn)性乳腺癌患者中發(fā)現(xiàn)，不同乳腺癌分子亞型（Luminal A、Luminal B、HER2過(guò)表達(dá)型和basal型）在腫瘤平均大小、發(fā)病年齡、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移狀態(tài)、腫瘤分期、病理分期、放射治療及無(wú)病生存時(shí)間方面均具有顯著性差異，basal亞型乳腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陽(yáng)性和高級(jí)別淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移較Luminal A型乳腺癌顯示出較低的風(fēng)險(xiǎn)，HER2過(guò)表達(dá)型在高級(jí)別淋巴轉(zhuǎn)移中有較高風(fēng)險(xiǎn)性，此外，basal亞型和HER2過(guò)表達(dá)型乳腺癌較Luminal型乳腺癌的無(wú)病生存率差，提示分子分型是淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和高級(jí)別淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移型乳腺癌的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，可作為乳腺癌無(wú)病生存的獨(dú)立預(yù)后因子。

新輔助化療是目前治療局部晚期乳腺癌的標(biāo)準(zhǔn)治療方案，其療效可用于判斷預(yù)后，達(dá)到病理完全緩解（pCR）患者，即在乳腺或淋巴結(jié)內(nèi)沒(méi)有浸潤(rùn)性的殘留病變，可獲得更長(zhǎng)的無(wú)病生存期和總生存期。吳建南等［28］分析接受表阿霉素聯(lián)合多西紫杉醇方案（ET方案）的244例乳腺癌，發(fā)現(xiàn)HER2過(guò)表達(dá)型和basal型乳腺癌的pCR率均明顯高于Luminal型乳腺癌，而5年無(wú)病生存率和5年總生存率均明顯低于Luminal型，提示乳腺癌分子分型可作為乳腺癌病理完全緩解的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。此外，Janiszewska等［29］用等位基因特異性PCR（一種聯(lián)合檢測(cè)單細(xì)胞拷貝數(shù)變異和單核苷酸新技術(shù)）檢測(cè)乳腺癌標(biāo)本中的突變基因，發(fā)現(xiàn)在新輔助治療期間，所有HER2陽(yáng)性乳腺癌患者在接受蒽環(huán)類(lèi)藥物聯(lián)合紫杉類(lèi)藥物化療的基礎(chǔ)上，分別接受曲妥珠單抗、拉帕替尼或兩者聯(lián)合應(yīng)用，攜帶PIK3CA基因突變型的HER2陽(yáng)性乳腺癌患者的pCR率明顯低于野生型患者，提示PIK3CA基因突變的HER2陽(yáng)性乳腺癌患者可能對(duì)新輔助化療聯(lián)合靶向治療不敏感。該研究表明了腫瘤內(nèi)異質(zhì)性對(duì)新輔助化療反應(yīng)的影響，有助于更準(zhǔn)確地在新輔助化療療效較差的HER2陽(yáng)性乳腺癌人群中篩選更為敏感的基因型患者進(jìn)行聯(lián)合治療，提高pCR率，獲得更長(zhǎng)生存期。由此可見(jiàn)，不同分子分型的乳腺癌，其病因?qū)W、疾病進(jìn)程、治療方式及對(duì)治療的反應(yīng)以及預(yù)后不盡相同，因此，應(yīng)將分子分型和乳腺癌病理組織學(xué)分類(lèi)綜合起來(lái)，開(kāi)展MEP相關(guān)研究，為乳腺癌患者制定更有效的個(gè)體化治療方案。

4 肺癌分子病理流行病學(xué)

50%的非小細(xì)胞肺癌患者（non-small cell lung cancer，NSCLC）存在表皮生長(zhǎng)因子受體（EGFR）或KRAS基因突變，這些突變與酪氨酸激酶抑制劑（TKI）治療肺癌的效果有關(guān)［30］。已有研究表明［31］，EGFR 突變?cè)趤喴崤?、肺腺癌及非吸煙者中的突變率較高，隨著吸煙劑量和持續(xù)時(shí)間增加，EGFR突變率降低，表明吸煙與否對(duì)預(yù)測(cè)EGFR突變具有重要意義。Pao等［32］和 Eberhard 等［33］研究發(fā)現(xiàn)，小分子表皮生長(zhǎng)因子受體酪氨酸激酶抑制劑（EGFR TKI）治療KRAS突變型肺癌療效較差。與EGFR突變相比，KRAS突變型肺癌預(yù)后較差，但KRAS突變無(wú)性別差異，在白人和曾經(jīng)或目前吸煙者中的突變率較高［34］。 Dogan 等［35］在3 026例肺腺癌患者中，發(fā)現(xiàn)EGFR突變更多發(fā)生在非吸煙患者中，而KRAS突變更多發(fā)生在吸煙患者中，且在吸煙長(zhǎng)達(dá)10年的患者中，以EGFR突變?yōu)橹鳎谠?jīng)吸煙的肺腺癌患者中，戒煙年數(shù)增加可引起EGFR突變，但與KRAS突變無(wú)關(guān)。此外，不吸煙患者較吸煙患者更容易發(fā)生KRAS G12D（G>A）突變，而KRAS G12C（G>T）突變?cè)谂晕鼰熁颊咧懈l繁，這些女性患者較相同突變基因的男性患者更年輕，且較少抽煙。這項(xiàng)研究表明，不同組織學(xué)和分子亞型乳腺癌之間的病因及發(fā)病機(jī)制不同，進(jìn)一步說(shuō)明在復(fù)雜疾病病因研究中進(jìn)行分子和病理分型的重要性，MPE則可幫助闡明復(fù)雜因素之間這種潛在而重要的流行病學(xué)聯(lián)系。

5 總結(jié)與展望

綜上所述，腫瘤分子病理流行病學(xué)研究不僅可以確定以前未知的暴露類(lèi)型與腫瘤發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)、疾病進(jìn)展的關(guān)系，還可以識(shí)別在某些行為或藥物干預(yù)中獲益的疾病亞型，從而發(fā)現(xiàn)可用于腫瘤風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、早期檢測(cè)、預(yù)后和治療的分子標(biāo)志物。典型的分子病理流行病學(xué)研究是根據(jù)分子標(biāo)志物探討暴露因素與疾病發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系，現(xiàn)代分子病理流行病學(xué)則可通過(guò)分子病理學(xué)、免疫或微生物標(biāo)志物解決傳統(tǒng)“暴露-疾病”關(guān)系的潛在異質(zhì)性問(wèn)題，為不同的“暴露-疾病”關(guān)系病因和發(fā)病機(jī)制提供獨(dú)特的見(jiàn)解，為早期發(fā)現(xiàn)、預(yù)防和治療疾病提供了科學(xué)策略。目前，分子病理流行病學(xué)已成為流行病學(xué)研究領(lǐng)域中一個(gè)不斷發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域。但是，分子病理流行病學(xué)研究也存在一定困難。首先，分子病理流行病學(xué)研究地開(kāi)展離不開(kāi)“大數(shù)據(jù)”的支持，這需要多方面努力實(shí)現(xiàn)腫瘤分子大數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù)；其次，在研究疾病異質(zhì)性時(shí)，不可避免地進(jìn)行多次假設(shè)檢驗(yàn)，將導(dǎo)致許多假陽(yáng)性結(jié)果，因此，需要在分子病理流行病學(xué)研究中開(kāi)發(fā)針對(duì)疾病異質(zhì)性的獨(dú)特統(tǒng)計(jì)方法［36-37］；第三，分子病理流行病學(xué)是多學(xué)科結(jié)合的研究領(lǐng)域，但目前卻十分缺乏具有分子病理學(xué)、流行病學(xué)和生物統(tǒng)計(jì)學(xué)等多學(xué)科專(zhuān)業(yè)知識(shí)的研究人員。如來(lái)翀所說(shuō)，我們有必要改造和重塑現(xiàn)有的學(xué)科構(gòu)架，融合構(gòu)建適合相關(guān)學(xué)科發(fā)展的交叉研究中心，吸引更多相關(guān)領(lǐng)域的研究人員共同合作，促進(jìn)分子病理流行病學(xué)發(fā)展［38］。隨著分子病理流行病學(xué)研究的發(fā)展及其在臨床醫(yī)學(xué)和人口健康科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，人類(lèi)復(fù)雜疾病的異質(zhì)性將更加得到重視、理解和認(rèn)識(shí)，真正意義上推動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)實(shí)施，并為制定規(guī)范化和個(gè)體化的疾病防治策略提供科學(xué)依據(jù)。

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