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(浙江理工大學(xué),a.浙江省家蠶生物反應(yīng)器與生物醫(yī)藥重點實驗室;b.生命科學(xué)學(xué)院,杭州 310018)
祖師麻作為我國傳統(tǒng)中草藥,具有重要的藥用價值,已被廣泛開發(fā)成發(fā)泡劑、注射液、片劑與噴霧劑等不同劑型,用于治療跌打損傷、活血止痛和風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等疾病[1]。祖師麻甲素(Daphnetin,DAPH)是祖師麻的主要有效成分之一,又稱瑞香素,化學(xué)名為7,8-二羥基香豆素,其化學(xué)結(jié)構(gòu)[2]如圖1所示,主要存在于瑞香科瑞香屬植物中。目前,DAPH已成為藥理學(xué)研究的一個熱點。大量的研究表明,DAPH具有抗炎、抗菌、抗缺氧和抗癌等功效,在多種自身免疫性疾病和炎癥動物模型上均表現(xiàn)出良好的藥理活性,如:類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(Rheumatoid arthritis,RA)、多發(fā)性硬化癥(Multiple sclerosis,MS)和系統(tǒng)性紅斑狼瘡(Systemic lupus erythematosus,SLE)等[3-4]。因此,DAPH在多種自身免疫性疾病和炎性疾病的治療上表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。
圖1 祖師麻甲素的化學(xué)結(jié)構(gòu)
T淋巴細(xì)胞在細(xì)胞介導(dǎo)的自身免疫性疾病和慢性炎性疾病的發(fā)病機制中起著關(guān)鍵性的作用[5-6]。Song等[7]就DAPH對BALB/c小鼠T淋巴細(xì)胞的免疫抑制作用進行相關(guān)研究,并探討了其可能的作用機制。DAPH能明顯抑制刀豆素(Concanavalin A,ConA)誘導(dǎo)的脾細(xì)胞增殖,抑制細(xì)胞因子的產(chǎn)生,并通過抑制G0/G1期轉(zhuǎn)化而抑制細(xì)胞周期進程;DAPH能下調(diào)ConA誘導(dǎo)的小鼠T淋巴細(xì)胞中NF-κB和活化T細(xì)胞核因子(Nuclear factor of activated Tcells,NFAT)信號通路的激活(圖2所示);體內(nèi)實驗還發(fā)現(xiàn)DAPH對2,4-二硝基氟苯引起的小鼠遲發(fā)型超敏反應(yīng)有明顯的抑制作用[7]。Song等[7]研究表明,無論是在體內(nèi)還是體外DAPH均具有較強的免疫抑制活性,為DAPH作為免疫抑制劑等相關(guān)藥物的開發(fā)奠定一定的理論基礎(chǔ)。
圖2 祖師麻甲素調(diào)控的主要炎癥信號通路
B淋巴細(xì)胞在連接固有免疫與適應(yīng)性免疫中起到重要作用,其可通過抗原遞呈作用誘導(dǎo)免疫應(yīng)答,在自身免疫性、變態(tài)反應(yīng)性和移植物排斥反應(yīng)等病理狀態(tài)中發(fā)揮重要作用,同時對免疫反應(yīng)也有調(diào)節(jié)作用[8]。堯榮鳳等[9]分析DAPH對人外周血B淋巴細(xì)胞Toll樣受體(Toll-like receptor,TLR)1~10 mRNA及IL-12 mRNA表達的影響,并研究其可能的作用機制。DAPH可明顯促進B細(xì)胞的增殖;顯著增加B細(xì)胞中TLR4 mRNA、TLR9 mRNA及IL-12 mRNA的表達;采用抗TLR4單抗、抗TLR9單抗分別封閉TLR4及TLR9后,DAPH作用的未封閉組與封閉組的B細(xì)胞中TLR4 mRNA、TLR9 mRNA及IL-12 mRNA表達均明顯高于對照組;未封閉組B細(xì)胞中TLR4 mRNA、TLR9 mRNA及IL-12 mRNA表達明顯高于封閉組。因此,認(rèn)為固有免疫途徑中的TLR4及TLR9參與了DAPH從基因轉(zhuǎn)錄水平增加IL-12的表達,進而增強B細(xì)胞的免疫功能。
樹突狀細(xì)胞(Dendritic cells,DCs)是目前已知的最強大的抗原提呈細(xì)胞(Antigen presenting cells,APCs),在固有免疫與適應(yīng)性免疫反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用,DCs有未成熟樹突狀細(xì)胞(Immature dendritic cells,imDCs)和成熟的樹突狀細(xì)胞(Mature dendritic cells,mDCs)之分[10]。imDCs表達低水平的抗原遞呈分子,并只能分泌極少量的細(xì)胞因子,不能誘導(dǎo)Th細(xì)胞分化[11]。相反,mDCs不但表達高水平的MHCⅡ、協(xié)同刺激分子(CD80、CD86)和黏附因子等,同時具有強大的激發(fā)混合淋巴細(xì)胞反應(yīng)的能力,但抗原吞噬能力下降,這種mDCs可促進初始型T細(xì)胞產(chǎn)生功能不同的效應(yīng)性T細(xì)胞[12]。Wang等[13]以骨髓來源的樹突狀細(xì)胞(Bone marrow-derived dendritic cells,BMDCs)為靶細(xì)胞,探討DAPH對DCs活性和功能的調(diào)控作用。DAPH處理后DCs中炎癥相關(guān)細(xì)胞因子(L-12、IL-6和IL-23)的表達水平降低;DCs表面分子MHCⅡ、CD40、CD80和CD86的表達水平下降;DAPH還可抑制DCs誘導(dǎo)的CD4+T細(xì)胞向Th1和Th17細(xì)胞分化??傊珼APH能顯著抑制DCs的活化、成熟以及抗原遞呈能力。Wang等[13]進一步闡明DAPH調(diào)控DCs活化與成熟的分子機制,Western blot檢測結(jié)果顯示DAPH可以抑制NF-κB信號通路中p65、IKKα/β和IκBα的磷酸化,抑制IκBα的降解(圖2);DAPH還能誘導(dǎo)DCs中炎癥信號通路的負(fù)調(diào)控因子——血紅素氧合酶-1(Heme oxygenase-1,HO-1)的表達。Wang等[13]研究證明DAPH對DCs活化、成熟、作用機制的調(diào)控與其在特殊免疫應(yīng)答中的作用存在著必然聯(lián)系。
巨噬細(xì)胞是機體固有免疫系統(tǒng)的重要組成之一,在炎癥、代謝、防御、修復(fù)等病理和生理過程中發(fā)揮重要作用,它是維持機體自身穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵因素;巨噬細(xì)胞來源于單核細(xì)胞。單核細(xì)胞穿過血管壁,進入組織、器官后,進一步分化發(fā)育成體內(nèi)吞噬能力最強大的巨噬細(xì)胞。單核-巨噬細(xì)胞系統(tǒng)是一群異質(zhì)性高的細(xì)胞系,具有較強的可塑性[14]。Yu等[15]針對DAPH抑制脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)的作用及其機制進行相關(guān)研究,發(fā)現(xiàn)DAPH預(yù)處理小鼠腹腔巨噬細(xì)胞再給予LPS刺激,DAPH可明顯降低IL-6、TNF-α和IL-1β等促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生;也能顯著抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(Inducible nitric-oxide synthase,iNOS)的表達;DAPH抑制LPS誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)的作用機制與抑制NF-κB信號通路的激活有關(guān);DAPH可上調(diào)巨噬細(xì)胞中去泛素化酶TNF-α誘導(dǎo)蛋白3(TNF-α-induced protein 3,TNFAIP3)(也叫A20)的表達,上調(diào)的A20可下調(diào)TRAF6的k63位點泛素化進而抑制巨噬細(xì)胞內(nèi)NF-κB的活化(圖2)。卓詩勤等[16]就DAPH對巨噬細(xì)胞抗金黃色葡萄球菌的作用也做了相關(guān)研究,DAPH可明顯增強巨噬細(xì)胞清除細(xì)菌的能力,顯著上調(diào)抗菌效應(yīng)分子IL-22、重組小鼠鈣結(jié)合蛋白S100A8(S100 calcium binding protein A8,S100A8)、再生胰島來源蛋白3β(Regenerating isletderived protein-3β,Reg-3β)和myc互作鋅指蛋白-1(Myc-interacting zinc finger protein1,Miz1)的表達水平;同時,DAPH能夠抑制金黃色葡萄球菌感染引起的炎性因子IL-1β、IL-6和TNF-α的表達。Qi等[17]發(fā)現(xiàn)DAPH可降低小鼠巨噬細(xì)胞株RAW264.7中因LPS刺激引起的高遷移率族蛋白B1(High mobility group box-1 protein,HMGB1)的釋放;在人單核細(xì)胞THP-1中,DAPH可阻斷由HMGB1誘導(dǎo)的iNOS和環(huán)氧合酶(Cyclooxygenase,COX)-2的表達,抑制TNF-α、IL-6、PGE2和NO的釋放;Western blot結(jié)果進一步顯示DAPH能明顯抑制RAW264.7細(xì)胞中JAK-STAT1通路的活化(圖2);而在THP-1細(xì)胞中DAPH不能抑制因HMGB1誘導(dǎo)的MAPKs信號通路的活化。
RA是一種最常見的慢性、炎性、系統(tǒng)性的自身免疫性疾病,目前全球發(fā)病率大約為0.5%~1.0%[18]。RA以關(guān)節(jié)滑膜增生、炎性細(xì)胞浸潤以及血管翳形成為主要的病理學(xué)特征,最終導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨、骨和關(guān)節(jié)囊破壞,嚴(yán)重影響患者的身心健康和生活質(zhì)量[19]。DAPH在臨床上可用于治療RA[20]。近年來對DAPH治療RA的藥理機制也做了一些探討,發(fā)現(xiàn)DAPH能明顯改善大鼠實驗性關(guān)節(jié)炎骨侵蝕的臨床參數(shù)[21-25]。高欽等[25]就已通過實驗證明:DAPH按2.25 mg/(kg·d)和4.5mg/(kg·d)的劑量對佐劑性關(guān)節(jié)炎(Adjuvant arthritis,AA)大鼠連續(xù)灌胃給藥21 d,結(jié)果表現(xiàn)為DAPH對AA大鼠具有一定的治療作用。在AA大鼠中,DAPH可以抑制其關(guān)節(jié)軟骨退變、滑膜增生和減輕炎性細(xì)胞浸潤程度;而且DAPH明顯降低AA大鼠血清中IL-1、TNF-α和巨噬細(xì)胞移動抑制因子(Macrophage migration inhibitory facto,MIF)含量[21];隨后,通過建立膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎(Collagen-induced arthritis,CIA)大鼠模型,學(xué)者們又進一步證實了DAPH對RA的保護作用[22]。DAPH不僅能夠減輕CIA大鼠關(guān)節(jié)炎的臨床癥狀和病理損傷,還能夠下調(diào)CIA大鼠血清中Th1/Th2/Th17型細(xì)胞因子的水平;同時顯著增加Treg型細(xì)胞因子(IL-10)的表達[22]。Tu等[23]證實DAPH也能夠降低CIA大鼠脾淋巴細(xì)胞中Th1/Th2/Th17型細(xì)胞因子的水平,同時上調(diào)脾淋巴細(xì)胞中Foxp3(一種轉(zhuǎn)錄因子,與Treg細(xì)胞的發(fā)育有關(guān))的表達。因此,DAPH對自身免疫性關(guān)節(jié)炎有治療作用可能是通過其調(diào)節(jié)Treg和Th17之間的平衡有關(guān)。Shu等[24]認(rèn)為DAPH對CIA大鼠的保護作用是因為DAPH促進CIA大鼠滑膜細(xì)胞凋亡,具體分子機制為DAPH抑制DNMT1、DNMT3A和DNMT3B這些DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的mRNA表達;導(dǎo)致DR3、PDCD5、FasL和p53等凋亡基因去甲基化,從而促進CIA大鼠滑膜細(xì)胞的凋亡。Chen等[26]研究表明:DAPH聯(lián)合應(yīng)用B細(xì)胞淋巴瘤因子2(B cell lymphoma 2,Bcl2)的siRNA可促進CIA大鼠成纖維細(xì)胞樣滑膜細(xì)胞(Fibroblastlike synoviocytes,F(xiàn)LS)的凋亡,其分子機制可能是通過下調(diào)Bcl2以及Bcl2上游分子轉(zhuǎn)錄激活因子3(Activator of transcription 3,STAT3)的表達而實現(xiàn)的。代嬋等[27]在細(xì)胞水平又發(fā)現(xiàn):DAPH可降低成CIA大鼠成纖維樣滑膜細(xì)胞中NF-κB信號通路上P65的磷酸化水平,并調(diào)節(jié)相關(guān)炎癥因子的分泌,進而減少炎癥反應(yīng)。
MS是一種發(fā)生于中樞神經(jīng)系統(tǒng)(Central nervous system,CNS)的慢性炎性脫髓鞘性自身免疫性疾病[28]。目前,全球約有二百五十多萬MS患者[29]。MS的主要病理特征是在CNS內(nèi)形成由炎性細(xì)胞、脫髓鞘的軸突、截斷的軸突、增生的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞所組成的病理斑塊,該病患者可有感覺異常、肌無力、漸進性癱瘓、神經(jīng)疼痛、視覺障礙、膀胱肌功能障礙、便秘以及抑郁等臨床表現(xiàn)[30]。利用髓鞘自身抗原表位免疫嚙齒類動物可建立實驗性自身免疫性腦脊髓炎(Experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE)動物模型,因EAE與MS在免疫機制以及病理方面均有極大的相似性而被廣泛應(yīng)用于MS的實驗研究[31-32]。Wang等[13]利用MOG35-55多肽和弗氏完全佐劑免疫C57BL/6小鼠建立EAE模型。從免疫當(dāng)天按8 mg/(kg·d)的劑量腹腔注射DAPH,連續(xù)21 d,結(jié)果表明:DAPH能顯著改善EAE的臨床癥狀,減輕實驗小鼠CNS的炎癥和脫髓鞘程度以及抑制EAE模型小鼠脊髓局部病灶中CD4+T細(xì)胞的浸潤;DAPH能明顯降低EAE小鼠脊髓和脾細(xì)胞中炎癥因子IFN-γ和IL-17的表達水平,抑制EAE小鼠體內(nèi)的Th1和Th17細(xì)胞反應(yīng),因此DAPH可以通過調(diào)控炎性免疫反應(yīng)而對EAE模型小鼠具有一定的保護作用[13]。以上研究為DAPH用于治療MS提供臨床前參考和依據(jù)。
SLE是一種慢性系統(tǒng)性自身免疫性疾病,血清中出現(xiàn)抗核抗體和全身多系統(tǒng)受累是該病的兩個主要臨床特點[33]。目前,全球SLE的患病率為每10萬人20~150人,發(fā)病率為每10萬人1~10人;在我國SLE的發(fā)病率為每10萬人7~10人[34-35]。該病主要影響女性,特別是育齡婦女為高發(fā)人群[36]。NZB/W F1狼瘡鼠腹腔注射DAPH(5 mg/(kg·d))連續(xù)12周后,NZB/W F1小鼠的存活率明顯提高,并且腎損傷有所減輕,血尿素氮、血清中自身抗體以及炎癥因子(TNF-α和IL-6)的水平也有所下降;同時,DAPH還能抑制核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的活性以及抑制NFAT的表達,并且能夠上調(diào)炎癥的負(fù)調(diào)控分子A20的表達[37]。因此,Li等[37]認(rèn)為DAPH是通過上調(diào)A20的表達來抑制NF-κB的轉(zhuǎn)錄活性,進而減輕NZB/W F1狼瘡鼠體內(nèi)的炎癥反應(yīng),最終實現(xiàn)對SLE的治療作用。
炎癥性腸病(Inflammatory bowel disease,IBD)是一種病因和發(fā)病機制尚未完全明確的累及胃腸道的自身免疫性疾病,包括潰瘍性結(jié)腸炎(Ulcerative colitis,UC)和克羅恩病(Crohn’s disease,CD),腹痛、腹瀉、黏液便以及膿血便為IBD患者的主要臨床癥狀;研究發(fā)現(xiàn),結(jié)直腸癌的發(fā)病風(fēng)險與腸道炎癥的嚴(yán)重程度和持續(xù)時間成正相關(guān)[38]。Witaicenis等[39]建立以2,4,6-三硝基苯磺酸(2,4,6-trinitrobenzene sulfonic acid,TNBS)誘導(dǎo)的大鼠IBD模型。在腸炎誘導(dǎo)前72h、48h、24 h和2 h以及腸炎誘導(dǎo)后的24 h,采用DAPH(2.5、5.0 mg/kg和10.0 mg/kg)、東莨菪內(nèi)酯(5.0、10.0 mg/kg和25.0 mg/kg)、東莨菪堿(5.0、10.0 mg/kg和25.0 mg/kg)、辣椒堿(5.0、10.0 mg/kg和25.0 mg/kg)、羥甲香豆素(5.0、10.0 mg/kg和25.0 mg/kg)和七葉皂苷(5.0、10.0 mg/kg和25.0 mg/kg)六種香豆素衍生物灌胃;腸炎誘導(dǎo)后48 h處死大鼠,進行肉眼病理評估以及生化指標(biāo)分析,結(jié)果顯示:DAPH、七葉皂苷和東莨菪堿對TNBS誘導(dǎo)的IBD模型大鼠具有很好的保護作用,DAPH等上述六種香豆素衍生物表現(xiàn)出良好的抗氧化活性[39]。因此,Witaicenis等[39]認(rèn)為以DAPH為代表的香豆素衍生物的抗炎作用與其抗氧化活性有關(guān)。香豆素和/或富含香豆素衍生物的食物具有很好的開發(fā)價值,尤其是DAPH、七葉皂苷和東莨菪堿對預(yù)防腸道炎癥性疾病具有良好的應(yīng)用前景。
DAPH除能夠?qū)A、EAE、SLE和IBD這些自身免疫性疾病發(fā)揮作用外,還可以通過抑制促炎性細(xì)胞因子以及各種炎癥介質(zhì)的釋放來治療多種炎性疾病。Yu等[15]采用內(nèi)毒素誘導(dǎo)C57BL/6小鼠建立急性肺損傷(Acute lung injury,ALI)模型,并按5.0 mg/kg的劑量腹腔注射DAPH;發(fā)現(xiàn)DAPH可通過抑制ALI模型小鼠肺部炎癥介質(zhì)的釋放、減輕氣道反應(yīng)癥狀和減少肺部炎性細(xì)胞浸潤,以保護ALI模型小鼠。Shen等[40]也探究了DAPH對LPS誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)的調(diào)控作用,通過LPS建立內(nèi)毒素血癥模型小鼠,采用跟Yu等[15]相同的藥物劑量觀察DAPH對其存活率和肺損傷的影響,結(jié)果表明:DAPH能提高內(nèi)毒素血癥小鼠的存活率,減輕肺損傷;而且體內(nèi)和體外研究均表明DAPH可抑制LPS刺激后TNF-α、IL-1β、IL-6、NO和PGE2這些促炎因子的產(chǎn)生,并且DAPH是通過抑制JAK/STATS信號通路的激活而顯示出一定的抗炎作用。重癥急性胰腺炎(Severe acute pancreatitis,SAP)是胰腺炎癥的突然發(fā)作,其特征是胰腺腺泡細(xì)胞水腫、壞死,胰腺出血和出現(xiàn)嚴(yán)重的炎癥反應(yīng),該病伴有很高的死亡率[41]。Liu等[41-44]先后針對DAPH對大鼠SAP的保護作用進行研究。給予DAPH(4.0 mg/kg)的SAP模型組大鼠同模型組相比,其胰腺損傷較輕,血清中淀粉酶、脂肪酶和促炎性細(xì)胞因子(TNF-α和IL-1β)的含量均較低,而且MPO活性和MDA含量也有所下降,DAPH可能是預(yù)防和治療急性胰腺炎的潛在化合物[41]。Liu等[42]進一步研究又發(fā)現(xiàn)DAPH能降低SAP大鼠血清中丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶和肌酐水平、增加SOD活性、降低中性粒細(xì)胞浸潤以及細(xì)胞凋亡;并能顯著降低SAP大鼠體內(nèi)促炎性細(xì)胞因子的表達,而DAPH對抗炎性細(xì)胞因子表達的調(diào)控是起到相反的作用,并初步闡明DAPH是通過抑制TLR4表達以及抑制NF-κB信號通路活化而抑制SAP大鼠體內(nèi)的炎癥反應(yīng)從而減輕急性胰腺損傷,因此DAPH可能是一種潛在的SAP治療劑。急性肝衰竭(Acute liver failure,ALF)是由炎癥介導(dǎo)的肝細(xì)胞損傷,它可危及生命[45]。按20.0、40.0 mg/kg或80.0 mg/kg的劑量腹腔給予DAPH(每12 h一次,共2次),可減輕LPS/D-半乳糖胺誘導(dǎo)的ALF模型小鼠的臨床癥狀,且作用具有劑量依賴性;其具體機制可能是通過抑制NLRP3、MAPK和NF-κB信號通路的活化以及誘導(dǎo)自噬的發(fā)生實現(xiàn)對ALF模型小鼠的保護作用[45]。此外,關(guān)于DAPH對神經(jīng)性炎癥而引起的阿爾茲海默癥、腦缺血-再灌注損傷等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療作用也進行了相關(guān)研究,結(jié)果均呈現(xiàn)出較好的保護作用[46-49]。Yu等[50,51]從細(xì)胞水平探討DAPH抑制神經(jīng)性炎癥的分子機制,研究發(fā)現(xiàn):在BV2小膠質(zhì)細(xì)胞中,DAPH可明顯抑制由LPS或β-淀粉樣蛋白誘導(dǎo)的促炎性細(xì)胞因子(IL-1β和TNF-α)的產(chǎn)生,且作用具有劑量依賴性;同時DAPH也能夠抑制由LPS誘導(dǎo)的iNOS和COX-2的表達,以及NO的釋放;從機制上闡明DAPH抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的活化和炎癥反應(yīng)是通過抑制IKK/IκB、MAPKs和PI-3K/Akt細(xì)胞內(nèi)信號通路的活化而實現(xiàn)。
眾所周知,免疫抑制劑是對機體的免疫反應(yīng)具有抑制作用的藥物,在臨床上廣泛用于治療自身免疫性疾病以及器官移植后排斥反應(yīng)。但是,免疫抑制劑猶如一把“雙刃劍”,它不僅能抑制異常的免疫反應(yīng),同時對機體正常的免疫反應(yīng)也有一定的抑制作用,因此,免疫抑制劑如果長期應(yīng)用或使用不當(dāng),可導(dǎo)致嚴(yán)重的不良反應(yīng)。近年來隨著傳統(tǒng)中醫(yī)藥學(xué)及其方法論與現(xiàn)代醫(yī)藥學(xué)的有效結(jié)合運用,使中草藥類免疫抑制劑的研發(fā)與應(yīng)用得到持續(xù)發(fā)展。中草藥類免疫抑制劑與化藥類免疫抑制劑相比,具有毒性小、副作用少的優(yōu)勢??梢?,大力發(fā)掘中草藥類免疫抑制劑成為一項造福人類的長期之舉。
DAPH是中藥祖師麻的主要藥效成分,其藥理作用廣泛而顯著,可通過調(diào)節(jié)多條炎癥信號通路活化,抑制促炎性細(xì)胞因子產(chǎn)生和調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的活性而發(fā)揮抗炎及免疫抑制作用;對多種自身免疫性疾病和炎癥動物模型具有一定的治療作用。因此,立足于DAPH藥理作用的研究成果,為進一步研究和開發(fā)傳統(tǒng)中草藥來源的免疫抑制劑提供了新的依據(jù)和指導(dǎo)。
浙江理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2018年6期