楊賢 關(guān)巍 馮喜英

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·綜 述·

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征與紅細(xì)胞增生的研究進(jìn)展

楊賢1關(guān)巍2馮喜英2

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome, OSAHS )間歇性低氧發(fā)生時(shí)氧濃度在低于基線和基線水平以上之間交替變化，相比于慢性持續(xù)低氧，反復(fù)發(fā)作性低氧和再氧合可觸發(fā)與間歇性低氧相關(guān)的獨(dú)特的病理生理學(xué)變化。

低氧的類(lèi)型

低氧可分為急性低氧和慢性低氧，慢性低氧又分為慢性間歇性低氧和慢性持續(xù)性低氧[1]。低氧持續(xù)時(shí)間可以是急性(數(shù)秒至數(shù)分鐘)，也可以是慢性(數(shù)小時(shí)至數(shù)天)，在分子水平，急性低氧可誘導(dǎo)機(jī)體修改現(xiàn)有蛋白質(zhì)發(fā)生急速而短暫的反應(yīng)，慢性低氧則通過(guò)改變機(jī)體mRNA和蛋白表達(dá)水平使之發(fā)生緩慢而持久的變化以適應(yīng)低氧。K?hler D[2]提示不考慮血氧含量就評(píng)價(jià)低氧危害可能會(huì)被誤導(dǎo)，機(jī)體內(nèi)可存在多條代償通路避免組織缺氧，急性低氧時(shí)機(jī)體可在數(shù)分鐘內(nèi)通過(guò)改變2-3-DGP活動(dòng)調(diào)節(jié)氧合曲線適應(yīng)低氧，這樣就無(wú)重要器官系統(tǒng)氧攝入降低，持續(xù)低氧2-3天檸檬酸循環(huán)和呼吸鏈變化會(huì)引起耐低氧同工酶表達(dá)以適應(yīng)低氧，而長(zhǎng)期慢性持續(xù)性低氧可以通過(guò)紅細(xì)胞增生來(lái)代償。

低氧與紅細(xì)胞增生

在哺乳類(lèi)動(dòng)物生長(zhǎng)過(guò)程中，紅細(xì)胞生成的位置共發(fā)生兩次變化，在老鼠胚胎第8天和第11天卵黃囊為紅細(xì)胞生成主要位置，在胚胎第11天后，肝臟成為主要的紅細(xì)胞生成器官，出生后骨髓開(kāi)始生成紅細(xì)胞，在成年鼠脾臟也能產(chǎn)生紅細(xì)胞。在卵黃囊和肝臟時(shí)期，胎盤(pán)和主動(dòng)脈中，腹主動(dòng)脈區(qū)域的組織產(chǎn)生定向造血干細(xì)胞，但并不生成紅細(xì)胞[3]。卵黃囊時(shí)期紅細(xì)胞生成與其他時(shí)期不同，從卵黃囊釋放的細(xì)胞處于有細(xì)胞核的未成熟階段，最終在血液中形成無(wú)核的成熟紅細(xì)胞[4]，與之相反，在成熟哺乳類(lèi)動(dòng)物血流中僅有成熟的、無(wú)核的紅細(xì)胞。與成年哺乳類(lèi)紅細(xì)胞相比，原始的紅細(xì)胞表達(dá)的特異性球蛋白亞型，對(duì)氧有更高的親和力[5]。

促紅細(xì)胞生成素(Erythropoietin, EPO)是單一多肽，它與生長(zhǎng)激素及I型細(xì)胞因子超家族中其他造血類(lèi)激素有共同結(jié)構(gòu)，相對(duì)分子質(zhì)量為30000-34000。EPO受體(Erythropoietin receptor, EPOR)是由484個(gè)氨基酸組成的糖蛋白，屬于細(xì)胞因子I受體超家族，為同源二聚體，相對(duì)分子質(zhì)量約60000。一個(gè)EPO分子與非成熟紅細(xì)胞表面的EPOR結(jié)合后轉(zhuǎn)換信號(hào)，抑制細(xì)胞凋亡和促進(jìn)細(xì)胞的增殖、分化形成成熟紅細(xì)胞[6]。EPO/EPOR結(jié)合引起EPOR細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域的信號(hào)變化，發(fā)起EPOR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[7]。EPO與EPOR結(jié)合導(dǎo)致相關(guān)酪氨酸激酶JKA2構(gòu)象改變和磷酸化，JKA2激活引起EPOR和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白(STATs)的磷酸化，被激活的STATs成為二聚體改變核的位置而影響特定下游基因的轉(zhuǎn)錄。JKA2同樣可以激活其他信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，包括在非造血細(xì)胞中的磷脂酰肌醇3激酶(PI3K/AKT)、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、核因子(NP)κB(P50和P65)等通路。

EPO的生成增加主要受低氧調(diào)節(jié)，低氧刺激腎臟產(chǎn)生的EPO量可達(dá)150倍或更多，這種升高是由于產(chǎn)生EPO的細(xì)胞增多而不是每個(gè)細(xì)胞生成的EPO增多[8]。EPO生成主要由基因轉(zhuǎn)錄活性決定，EPO mRNA產(chǎn)量和時(shí)間進(jìn)程與EPO產(chǎn)生進(jìn)程一致，且人類(lèi)肝細(xì)胞中EPO產(chǎn)生表現(xiàn)為氧依賴(lài)性[9]。在肝細(xì)胞中EPO基因有一個(gè)3′增強(qiáng)子，其中包括低氧反應(yīng)元件(HRE)，它通過(guò)與多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子(如低氧誘導(dǎo)因子hypoxic inducible factor, HIF )相互作用提供低氧誘導(dǎo)。EPO基因表達(dá)的組織特異性和低氧誘導(dǎo)反應(yīng)依賴(lài)于順式作用元件遠(yuǎn)端上游和多元腺苷酸化區(qū)域下游的增強(qiáng)子元件，轉(zhuǎn)基因小鼠實(shí)驗(yàn)研究揭示啟動(dòng)子中0.4-6kb的5'端區(qū)域抑制異位基因的表達(dá)，上游9.5-14kb的區(qū)域是腎臟特異性表達(dá)所必須，3′增強(qiáng)子結(jié)合兩個(gè)轉(zhuǎn)錄因子： HIF-1和核受體HNF-4，這兩個(gè)DNA區(qū)域結(jié)合蛋白與轉(zhuǎn)錄輔激活物P300/CBP后觸發(fā)轉(zhuǎn)錄 。低氧誘導(dǎo)EPO產(chǎn)生主要依賴(lài)HIF，低氧環(huán)境下HIF幾乎在所有細(xì)胞中都可以被活化，活化HIF首先識(shí)別EPO 3′增強(qiáng)子的共有序列(5′-TACGTGCT-3)，隨后識(shí)別超過(guò)100個(gè)基因的缺氧反應(yīng)元件，這些元件被用于低氧誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄。 Suzuki[10]將此3′增強(qiáng)子從老鼠基因組中去掉后發(fā)現(xiàn)肝臟中EPO產(chǎn)量減少但在腎臟中EPO生成不受影響，表明EPO基因中此增強(qiáng)子具有肝臟特異性。

在轉(zhuǎn)錄水平，EPO基因表達(dá)由HIFs嚴(yán)格調(diào)控，HIF為氧依賴(lài)基因調(diào)節(jié)的主要轉(zhuǎn)錄因子[11]，它是機(jī)體面對(duì)低氧時(shí)活化基因所需的一個(gè)重要調(diào)節(jié)因子，如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)，EPO和葡萄糖載體GLUT-1(SLC3A1)。HIF包括位于細(xì)胞核中的β亞基和位于細(xì)胞質(zhì)中的α亞基(HIF-1α，HIF-2α或 HIF-3α)，正常氧分壓時(shí)，α亞基處于脯氨酸羥基化狀態(tài)，通過(guò)與von Hippel -Lindau(VHL)蛋白相互作用而引起泛素化，很快被蛋白酶體降解，當(dāng)發(fā)生低氧時(shí)α亞基處于穩(wěn)定狀態(tài)被轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核中與ARNT結(jié)合形成二聚體，影響特定基因的活性，人類(lèi)基因突變可中斷脯氨酸羥基化正常功能，VHL蛋白被認(rèn)為是引起EPO高水平導(dǎo)致紅細(xì)胞增多癥的原因。HIF-1α和HIF-2α的操縱水平是通過(guò)干擾RNA實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因小鼠模型提示HIF-2α在紅細(xì)胞增多和EPO低氧誘導(dǎo)中扮演重要角色[12]，而HIF-1α優(yōu)先激活VEGF和GLUT-1。

OSAHS與紅細(xì)胞增生

一、OSAHS與紅細(xì)胞增生臨床研究

對(duì)于OSAHS是否引起紅細(xì)胞增多，目前尚存在爭(zhēng)議。有研究[13-15]顯示OSAHS患者夜間反復(fù)呼吸暫停間歇性低氧刺激腎臟產(chǎn)生EPO,導(dǎo)致繼發(fā)性紅細(xì)胞增多癥。然而近幾年有研究顯示OSAHS并不直接引起紅細(xì)胞增多，僅有少數(shù)重度患者發(fā)生紅細(xì)胞增多癥。 Ciftci等[16]對(duì)69名OSAHS患者和17名健康對(duì)照組研究發(fā)現(xiàn)病例組與對(duì)照組之間血清EPO無(wú)差異；王毓洲等[17]對(duì)OSAHS合并紅細(xì)胞增多癥的42例患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)絕對(duì)性紅細(xì)胞增多癥4例、相對(duì)性紅細(xì)胞增多癥38例，且經(jīng)鼻持續(xù)正壓治療( nCPAP)后, 紅細(xì)胞增多癥恢復(fù)的中位時(shí)間是6d，認(rèn)為OSAHS引起繼發(fā)性紅細(xì)胞增多癥僅見(jiàn)于較少數(shù)病例, 大多是相對(duì)性紅細(xì)胞增多癥；Solmaz等[18]對(duì)353例OSAHS患者研究發(fā)現(xiàn)，不同程度OSAHS之間血紅蛋白和紅細(xì)胞壓積沒(méi)有顯著性差異，在全部患者中僅1例合并繼發(fā)性紅細(xì)胞增多癥；King等[19]也認(rèn)為OSAHS不會(huì)導(dǎo)致臨床上顯著的繼發(fā)性紅細(xì)胞增多癥。針對(duì)上述爭(zhēng)議，美國(guó)RanjanPathak等學(xué)者[20]對(duì)美國(guó)2010至2011年77 518 944例住院患者的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，2 765 67(3.57%)和13 016(0.02%)患有OSAHS和與其相關(guān)的紅細(xì)胞增多癥(已排除其他原因的紅細(xì)胞增多癥)，研究顯示OSAHS與紅細(xì)胞增生顯著相關(guān)(OR==5.90, 95%CI5.64-6.17)。

二、 OSAHS與紅細(xì)胞增生的機(jī)制研究

OSAHS間歇低氧可能引起紅細(xì)胞增多、血小板活化、血栓性疾病增加等，其主要機(jī)制為間歇低氧引起EPO生成增多，促進(jìn)紅細(xì)胞增生，其他引起紅細(xì)胞增多的機(jī)制有：①窒息和低氧引起交感神經(jīng)興奮，應(yīng)激增加，出汗多；②腎臟低氧引起腎素-血管緊張素-醛固酮軸及心房鈉尿肽激素等發(fā)生變化，夜尿常增多；③打鼾、張口呼吸使呼吸道水分蒸發(fā)增加。

慢性間歇性低氧與慢性持續(xù)性低氧時(shí)機(jī)體發(fā)生的病理生理學(xué)變化并不一致，例如，慢性持續(xù)性低氧條件下可引起肺動(dòng)脈高壓，而慢性間歇性低氧時(shí)則引起系統(tǒng)性高血壓。有研究顯示HIF-1α介導(dǎo)間歇低氧誘導(dǎo)的生理反應(yīng)，機(jī)制為慢性間歇性低氧時(shí)mTOR作用持續(xù)激活使HIF-1α水平持續(xù)上升[21]。間歇性低氧時(shí)發(fā)生低氧-再氧合周期的數(shù)量從10增加到30到60到120時(shí)HIF-1α蛋白水平和HIF-1轉(zhuǎn)錄活性逐漸增加[22]，明顯的，慢性間歇低氧通過(guò)多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑誘導(dǎo)HIF-1的活性，HIF-1增多由依賴(lài)NADPH氧化酶的活性氧的激活[21]。在嚙齒類(lèi)和培養(yǎng)細(xì)胞中慢性間歇低氧引起HIF-1α蛋白水平升高是通過(guò)活性氧依賴(lài)的雷帕霉素靶蛋白激活和HIF-1α羥基化抑制作用實(shí)現(xiàn)的，蛋白激酶C(PKC)依賴(lài)的mTOR激活誘導(dǎo)HIF-1α蛋白水平，導(dǎo)致HIF-1α mRNA翻譯蛋白增加和脯氨酸羥化酶活性抑制，進(jìn)而減少HIF-1退化。Ca2+/鈣調(diào)蛋白激酶活動(dòng)被慢性間歇性低氧誘導(dǎo)，導(dǎo)致p300磷酸化并增加與HIF-1α的相互作用，刺激HIF-1α的轉(zhuǎn)錄功能[23]。小鼠嗜鉻細(xì)胞瘤PC12細(xì)胞系具有頸動(dòng)脈體氧傳感細(xì)胞I的特征，Yuan[21]等人研究發(fā)現(xiàn)小鼠PC12細(xì)胞暴露于間斷低氧環(huán)境下可引起HIF-1α蛋白的表達(dá)和轉(zhuǎn)錄，從而增加HIF-1依賴(lài)基因的轉(zhuǎn)錄，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)間歇性低氧誘導(dǎo)HIF-1α增加是通過(guò)NADPH氧化酶生成活性氧實(shí)現(xiàn)的，并進(jìn)一步證明活性氧依賴(lài)的Ca2+信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑包括磷脂酶Cγ和PKC的活化是間歇低氧誘發(fā)HIF-1α積累所必須，間歇低氧導(dǎo)致mTOR激活，而S6激酶和雷帕霉素部分抑制HIF-1α積累，間歇低氧同時(shí)也降低HIF-1α蛋白和抗氧化劑的羥基化作用，這樣，mTOR依賴(lài)的HIF-1α合成增加和羥化酶依賴(lài)的HIF-1α下降共同導(dǎo)致HIF-1α積累。

與HIF-1α積累涉及PKC激活不同，間歇低氧誘導(dǎo)HIF-2α下降是通過(guò)激活Ca2+活性蛋白酶實(shí)現(xiàn)的。持續(xù)低氧時(shí)HIF-1α和HIF-2α水平均升高，HIF-1轉(zhuǎn)錄活性在持續(xù)低氧時(shí)被誘導(dǎo)，通過(guò)減少O2依賴(lài)的脯氨酸羥基化、泛素化和蛋白酶降解引起HIF-1α蛋白積聚實(shí)現(xiàn)，持續(xù)低氧導(dǎo)致HIF-2α積聚，并由此產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄激活。與之矛盾的是，Nanduri J[24]研究間歇性低氧對(duì)HIF-2α表達(dá)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)慢性間歇低氧時(shí)HIF-1α水平升高，但間歇性低氧卻通過(guò)鈣蛋白酶相關(guān)通路下調(diào)HIF-2α導(dǎo)致HIF-2α水平降低。在間歇低氧環(huán)境的鼠嗜鉻細(xì)胞瘤中鈣蛋白酶抑制劑防止HIF-2α蛋白水平的下降，而脯氨酸羥化酶抑制劑或蛋白水解酶是無(wú)效的，表明應(yīng)對(duì)慢性間歇低氧時(shí)鈣蛋白酶介導(dǎo)HIF-2α的下調(diào)。Nanduri[25]在研究間歇性低氧HIF-2α變化時(shí)發(fā)現(xiàn)活性氧清除劑阻止HIF-2α下調(diào)，而模擬活性氧則降低HIF-2α蛋白水平，表明活性氧介導(dǎo)間歇低氧誘導(dǎo)HIF-2α下調(diào)過(guò)程，其可能機(jī)制為間歇低氧通過(guò)增加黃嘌呤脫氫酶轉(zhuǎn)化為黃嘌呤氧化酶(XO)并激活XO，XO激活鈣蛋白酶產(chǎn)生活性氧，活性氧升高Ca2+濃度導(dǎo)致鈣蛋白酶激活，鈣蛋白酶結(jié)合HIF-2α蛋白C-端區(qū)域，進(jìn)而引起HIF-2α下調(diào)。

間歇性低氧可以發(fā)生在很多種病理?xiàng)l件下，包括反復(fù)發(fā)生的呼吸暫停，其中HIF-1和HIF-2介導(dǎo)應(yīng)對(duì)低氧的轉(zhuǎn)錄應(yīng)答。持續(xù)低氧條件下，EPO主要由HIF-2調(diào)節(jié)[26]。Frede等[9]發(fā)現(xiàn)在表達(dá)EPO腎臟細(xì)胞中，低氧顯著影響HIF-2α的mRNA的表達(dá)，用siRNA敲除HIF-2α亞基后，EPO表達(dá)顯著減少。Takeda K[27]研究發(fā)現(xiàn)HIF-脯氨酸羥基化同工酶2(PHD2)可以引起紅細(xì)胞增多癥，但缺乏HIF-2α則不會(huì)發(fā)生紅細(xì)胞增多。

展 望

隨著睡眠醫(yī)學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)呼吸暫停與EPO、HIF之間關(guān)系的研究越來(lái)越深入，HIF在EPO促進(jìn)紅細(xì)胞增生中起著至關(guān)重要的作用，但在間歇性低氧中HIF-1、HIF-2哪個(gè)因子起決定性作用以及調(diào)節(jié)機(jī)制需更多研究證實(shí)，進(jìn)而可以為OSAHS分子水平治療提供思路。

[1] Prabhakar NR, Semenza GL. Adaptive and maladaptive cardiorespiratory responses to continuous and intermittent hypoxia mediated by hypoxia-inducible factors 1 and 2[J]. Physiol Rev, 2012, 92(3): 967-1003.

[2] K?hler D. What degree of hypoxemia is tolerable for human beings?[J]. Dtsch Med Wochenschr,2010, 135(10):474-477.

[3] Golub R, Cumano A. Embryonic hematopoiesis[J]. Blood Cells Mol Dis,2013,51(4):226-231.

[4] Fraser ST, Isern J, Baron MH. Maturation and enucleation of primitive erythroblasts during mouse embryogenesis is accompanied by changes in cell-surface antigen expression[J]. Blood,2007,109(1):343-352.

[5] Wilber A, Nienhuis AW, Persons DA. Transcriptional regulation of fetal to adult hemoglobin switching: new therapeutic opportunities[J]. Blood,2011,117(15):3945-3953.

[6] Wojchowski DM, Sathyanarayana P, Dev A. Erythropoietin receptor response circuits[J]. Curr Opin Hematol, 2010,17(3):169-176.

[7] Suzuki N, Mukai HY, Yamamoto M. In vivo regulation of erythropoiesis by chemically inducible dimerization of the erythropoietin receptor intracellular domain[J]. PLoS One,2015,10(3):e0119442.

[8] Obara N, Suzuki N, Kim K, et al. Repression via the GATA box is essential for tissue-specific erythropoietin gene expression[J]. Blood,2008,111(10):5223-5232.

[9] Frede S, Freitag P, Geuting L, et al. Oxygen-regulated expression of the erythropoietin gene in the human renal cell line REPC[J]. Blood,2011,117(18):4905-4914.

[10] Suzuki N, Obara N, Pan X, et al. Specific contribution of the erythropoietin gene 3′ enhancer to hepatic erythropoiesis after late embryonic stages[J]. Mol Cell Biol,2011,31(18):3896-3905.

[11] Franke K, Gassmann M, Wielockx B. Erythrocytosis: the HIF pathway in control[J]. Blood,2013,122(7): 1122-1128.

[12] Gruber M,?Hu CJ,?Johnson RS, et al. Acute postnatal ablation of Hif-2α results in anemia[J]. Proc Natl Acad Sci USA,2007,104(7):2301-2306.

[13] Winnicki M, Shamsuzzaman A, Lanfranchi P, et al. Erythropoietin and obstructive sleep apnea[J]. Am J Hypertens,2004,17(9):783-786.

[14] 楊朝，張錦，魏艷萍. 阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征60例臨床分析[J]. 寧夏醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2003,25(1):13-15.

[15] Gendron A, Kouassi E, Nuara S, et al. Transient Middle Cerebral Artery Occlusion Influence on Systemic Oxygen Homeostasis and Erythropoiesis in Wistar Rats[J].Stroke,2004,35(8):1979-1984.

[16] Ciftci TU, Kokturk Oguz,Demirtas S, et al. Consequences of hypoxia-reoxygenation phenomena in patients with obstructive sleep apnea syndrome[J]. Ann Saudi Med,2011,31(1): 14-18.

[17] 王毓洲,張滬生,黃席珍,等.阻塞性睡眠呼吸暫停/低通氣綜合征合并紅細(xì)胞增多癥的對(duì)照研究[J].北京醫(yī)學(xué),2004, 26(4):225-228.

[18] Solmaz S, Duksal F, Ganidagˇl S. Is obstructive sleep apnoea syndrome really one of the causes of secondary polycythaemia?[J].Hematology,2015,20(2):108-111.

[19] King AJ, Eyre T, Littlewood T. Obstructive sleep apnoea does not lead to clinically significant erythrocytosis[J]. BMJ,2013,347:f7340.

[20] Pathak R, Giri S, Karmacharya P, et al. Obstructive sleep apnea syndrome and secondary polycythemia: analysis of the nationwide inpatient sample[J]. Sleep Med,2015,16(1):205-206.

[21] Yuan G, Nanduri J, Khan S, et al. Induction of HIF-1α expression by intermittent hypoxia: involvement of NADPH oxidase, Ca2+signaling, prolyl hydroxylases, and mTOR[J]. J Cell Physiol,2008,217(3):674-685.

[22] Yuan G, Nanduri J, Bhasker CR, et al. Ca2+/calmodulin kinase-dependent activation of hypoxia inducible factor 1 transcriptional activity in cells subjected to intermittent hypoxia[J]. J Biol Chem,2005,280(6):4321-4328.

[23] Nanduri J, Wang N, Yuan G, et al. Intermittent hypoxia degrades HIF-2α via calpains resulting in oxidative stress: implications for recurrent apnea-induced morbidities[J]. Proc Natl Acad Sci USA,2009,106(4): 1199-1204.

[24] Nanduri J, Vaddi DR, Khan SA, et al. Xanthine Oxidase Mediates Hypoxia-Inducible Factor-2α Degradation by Intermittent Hypoxia[J]. PLoS One,2013,8(10):e75838.

[25] Webb JD, Coleman ML, Pugh CW. Hypoxia, hypoxia - inducible factors (HIF), HIF hydroxylases and oxygen sensing[J]. Cell Mol Life Sci,2009,66(22):3539-3554．

[26] Takeda K, Ho VC, Takeda H, et al. Placental but not heart defects are associated with elevated hypoxia-inducible factor α levels in mice lacking prolyl hydroxylase domain protein 2[J]. Mol Cell Biol,2006,26(22):8336-8346.

10.3969/j.issn.1009-6663.2017.03.045

青海大學(xué)附屬醫(yī)院中青年科研基金重點(diǎn)項(xiàng)目(No ASRF-2015-ZD-04)

1. 810001 青海 西寧，青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院 2. 810001 青海 西寧，青海大學(xué)附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)科

關(guān)巍，E-mail:weiguan110@163.com

2016-07-27]