景志強,劉乃豐,楊 勁
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運動和羅格列酮降低ADMA的協(xié)同作用及其機制研究
景志強1,劉乃豐2,楊 勁1
目的:研究運動與羅格列酮聯(lián)合對T2DM大鼠ADMA水平的影響,觀察其是否存在協(xié)同效應。方法:采用高質(zhì)飲食結(jié)合腹腔注射低劑量STZ的方法建立T2DM大鼠模型,將實驗動物分為正常對照組、T2DM組、T2DM+運動組、T2DM+羅格列酮組和T2DM+運動+羅格列酮組,每組給予相應的干預10周。結(jié)果:羅格列酮可以降低T2DM大鼠CML(P<0.01)和ADMA(P<0.01),同時上調(diào)肝臟PPAR-γ(P<0.01)和DDAH-1(P<0.01)mRNA表達,而運動可以降低T2DM大鼠CML(P<0.01)和ADMA(P<0.05),同時上調(diào)肝臟PPAR-γ(P<0.05)和DDAH-1(P<0.01) mRNA表達;運動和羅格列酮聯(lián)合干預組CML明顯低于羅格列酮單獨干預(P<0.01),ADMA明顯低于單獨運動干預(P<0.05),肝臟PPAR-γ和DDAH-1mRNA表達分別顯著高于單獨運動((P<0.01)和單獨羅格列酮(P<0.01)干預。結(jié)論:運動和羅格列酮在降低ADMA保護血管內(nèi)皮方面可能存在協(xié)同效應,其機制可能是基于AGEs/PPAR-γ/DDAH/ADMA途徑。
運動;羅格列酮;協(xié)同作用;ADMA;DDAH-1;PPAR-γ
血管內(nèi)皮功能異常被認為是糖尿病大血管并發(fā)癥和糖尿病微血管病變的共同病理生理特征,目前研究[20]發(fā)現(xiàn),一氧化氮(Nitric Oxide,NO)生物利用度降低導致的內(nèi)皮功能受損在糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展中起重要作用,而導致NO生物利用度降低的主要原因是高血糖引發(fā)的氧化應激增加。機體高血糖時,蛋白質(zhì)和脂質(zhì)經(jīng)非酶糖化生成的糖基化終產(chǎn)物(Advanced Glycation End-products,AGEs)明顯增加[15],AGEs是糖尿病機體氧化應激的主要起源,AGEs誘導的氧化應激增加不僅可以直接導致NO的降解,還可以通過抑制二甲基精氨酸二甲胺水解酶(Dimethylarginine Dimethylaminohydrolase,DDAH)的活性(DDAH分子在具有一個活躍的半胱氨酸基團,其巰基容易被氧化失活[14]),導致非對稱性二甲基精氨酸(Asymmetrical Dimethylarginine,ADMA)的代謝受阻,ADMA是內(nèi)源性的一氧化氮合酶(Oxyde Nitrique Synthase,NOS)抑制劑,可以抑制NO的合成[6]。ADMA是由含精氨酸殘基的蛋白質(zhì)經(jīng)甲基化和水解作用而生成的一種胍類物質(zhì),是人體的正常代謝產(chǎn)物。ADMA清除有兩條途徑,少部分經(jīng)腎臟原型排出,絕大多數(shù)經(jīng)DDAH被分解代謝,DDAH有兩種亞型DDAH-1和DDAH-2,DDAH-1表達于臟臟和腎臟,DDAH-2主要表達于血管和心臟,肝臟是循環(huán)中ADMA代謝的主要器官[19,21]。近年來研究[22]發(fā)現(xiàn),血漿中ADMA的蓄積與糖尿病血管并發(fā)癥密切相關,ADMA不僅是一個預測心血管事件的指標,而且也是疾病進展的調(diào)節(jié)指標,具有雙重作用。
臨床研究已經(jīng)證實,減少機體氧化應激,可以降低AGEs和ADMA的水平,對保護血管內(nèi)皮起到一定作用??紤]到肝臟是ADMA的主要代謝器官,決定著血液中ADMA的水平,那么通過何種途徑增加肝臟DDAH表達,進而增強代謝ADMA的能力,對于降低血液中ADMA水平,具有重要的意義。研究[16,23]發(fā)現(xiàn),替米沙坦可以通過激活血管內(nèi)皮的PPAR-γ,上調(diào)DDAH-2表達,對降低進入內(nèi)皮細胞的ADMA起到一定作用,但是對肝臟的DDAH-1影響的研究較少。噻唑烷二酮類藥物主要是通過激活肝臟和脂肪組織上的PPAR-γ途徑提高胰島素敏感性,那么提示我們此類藥是否可以上調(diào)肝臟的DDAH-1表達,降低體內(nèi)ADMA的水平,即通過PPAR-γ/DDAH-1/ADMA途徑,對血管內(nèi)皮起到保護作用?
近期也有研究[28]發(fā)現(xiàn),運動可以降低血漿羧甲基賴氨酸(ε-N-carboxymethyl-lysine,CML)的水平,CML是一種具有代表新性的AGEs,那么提示我們運動是否可以通過降低糖尿病機體的AGEs,減輕氧化應激,提高DDAH活性,即通過AGEs(CML)-DDAH-ADMA途徑,對血管內(nèi)皮起到保護作用。2型糖尿病防治指南中明確推薦運動與藥物聯(lián)合應用治療2型糖尿病,但是關于運動和藥物之間的相互作用的研究較少,尤其是二者聯(lián)合是否可以降低盡可能多的危險因素,是否會有一些潛在的、額外的益處(如減輕藥物副作用,加強療效等),還不是很清楚。
結(jié)合2型糖尿病防治指南,考慮到噻唑烷二酮類藥物和運動可能對血管內(nèi)皮都具有保護作用,但是在機制上又有差異,提示我們在效應上可能存在著協(xié)同效應。所以本研究重點探索運動與羅格列酮(噻唑烷二酮類藥物)聯(lián)合對糖尿病大鼠ADMA的水平影響,觀察其是否存在協(xié)同效應,并進一步研究其可能的機制,為運動和藥物聯(lián)合治療糖尿病如何盡可能多的降低危險因素,獲取更多心血管保護效應提供理論依據(jù)。
1.1 試劑
STZ(鏈脲佐菌素)購自Sigma公司,臨用時溶于現(xiàn)配的0.1 mol/L枸櫞酸鈉緩沖液,配成0.5%的STZ注射溶液;非對稱性二甲基精氨酸,購自Sigma公司,純度>99.0%;ε-N-羧甲基-L-賴氨酸和ε-N-羧甲基-2H2-L-賴氨酸,購自PolyPeptide Group公司,純度>99.0%; 本實驗中的引物由 Primer premier 5.0 software 軟件設計而成,引物的序列分別如下:
actin F:GGGAAATCGTGCGTGACATT R:GCGGCAGTGGCCATCTC
PPAR-γ F:CGGTTGATTTCTCCAGCATTTC R:CAGGCTCTACTTTGATCGCACTT
DDAH-1 F:CCAGAAGAGTACCCAGAAAGCG R:GTTAATAAAAACGGAGCAGCAG
1.2 儀器
API3000液相串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀,OLYMPUS公司(日本)全自動生化分析儀,ABI熒光定量PCR儀,強生(中國)醫(yī)療器材有限公司強生穩(wěn)豪型血糖儀,SIGMA 3K15高速冷凍離心機,Turbo Vap LV氮吹儀,WH-3微型渦旋混合儀,ZH-PT動物跑臺(正華生物)等。
1.3 實驗動物模型制備
健康SPF級雄性SD大鼠,體重100~110 g,由上海西普爾-必凱實驗動物有限責任公司[SCXK(滬)2013-0016]提供。實驗期間室溫控制在20℃±2℃,濕度39%~43%,12 h交替照明,自由飲食、飲水。適應性喂養(yǎng)1周后,將大鼠按照體重隨機分為2組,其中模型組(T2DM)給予高脂飼料喂養(yǎng),普食組(NF)給予正常飼料喂養(yǎng),記錄大鼠每日攝食量及每周體重變化。
T2DM組大鼠高脂喂養(yǎng)4周后,禁食不禁水12 h后,一次性腹腔注射0.5%STZ(35 mg/kg)。注射STZ后,第7天,第14天,第21天檢測血糖和體重,篩選第3周末血糖值高于16.67 mmol/L(300 mg/dL)的大鼠作為成功的2型糖尿病模型(T2DM)。
1.4 動物分組
將同批次的6只正常SD大鼠作為正常組(Control),將28只造模成功的T2DM大鼠按體重隨機分為4組,即模型組(T2DM)、模型羅格列酮組(T2DM+Ros)、模型運動組(T2DM+Ex)和模型+羅格列酮+運動組(T2DM+Ros+Ex),每組7只。
1.5 干預方式
羅格列酮干預:將馬來酸羅格列酮片劑研磨成粉末,溶于以1%CMCNa混懸液中,配置成5 mg/ml的羅格列酮混懸液,按照5 mg/kg的劑量灌胃給與予T2DM+Ros組和T2DM+Ros+Ex組大鼠,1次/日。Control,T2DM和T2DM+Ex組給予CMCNa溶液灌胃,每3天根據(jù)空腹體重情況更新灌胃劑量,持續(xù)10周。
運動干預:T2DM+Ex組和T2DM+Ros+Ex組于灌胃后3 h(藥物充分吸收[18])給予跑臺跑步干預,跑臺坡度為0°,速度為28 m/min,時間為40 min,每跑8 min之后有30 s的休息時間[9],第1天運動時間為8 min,以后每天遞增8 min,直到增加到40 min,以后維持此運動時間,每周連續(xù)運動5天,持續(xù)10周。
1.6 動物處理
為了避免急性運動的影響,于最后一次跑步結(jié)束,禁食24 h后,稱重,依次用2%戊巴比妥鈉50 mg/kg腹腔注射麻醉,腹主動脈取血。取2 ml注入含有EDTA(15%)的EP管,取2 ml注入EP管,靜置1~2 h,4℃離心10 min,轉(zhuǎn)速為3 000 r/min,分離血漿和血清,血漿用于供CML和ADMA的測定,血清用于血糖(Glucose)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白(LDL)和膽固醇(TC)測定。將各組大鼠脫椎處死,75%酒精局部皮膚消毒,取肝臟左外側(cè)葉,在預冷的1XPBS中漂洗液氮中凍好,再放到EP管中,-70℃冰箱保存,用于DDAH-1和PPAR-γmRNA檢測。
1.7 指標測定
1.血清Glucose、TG,TC和LDL采用OLYMPUS公司(日本)全自動生化分析儀測定。
2.血漿CML和ADMA采用LC/MS/MS測定[13]。
3.肝臟DDAH-1和PPAR-γmRNA采用qRT-PCR測定。
1.8 統(tǒng)計學處理
2.1 大鼠血清Glucose,LDL,TC和TG濃度
本實驗結(jié)果顯示,T2DM組血糖、LDL、TG和TC明顯高于對照組(P<0.05);羅格列酮組血糖、LDL和TC明顯低于T2DM組(P<0.05),其中LDL明顯高于對照組(P<0.01),血糖TC和TG與對照組相比無顯著性差異;運動組血糖、LDL、TC和TG明顯高于T2DM組(P<0.01),其中血糖仍然高于對照組(P<0.05),LDL、TC和TG與對照組無顯著性差異;運動+羅格列酮組血糖、TC、TG和LDL明顯低于T2DM組(P<0.05),其中LDL低于羅格列酮組(P<0.05),與對照組相比血糖、TC、TG和LDL都無顯著性差異。說明運動+羅格列酮在改善血脂方面存在著協(xié)同效應(表1和圖1)。
表 1 各組大鼠血清Glucose、LDL、TC和TG水平,血漿CML和ADMA水平Table 1 The Level of Glucos,LDL,TC and TG in Serum and CML and ADMA in Plasma of Every Group
注:與Control相比:★<0.05,★★<0.01; 與T2DM組相比:▲<0.05,▲▲<0.01;與T2DM+Ros相比: *<0.05,**<0.01,與T2DM+Ex相比:☆<0.05。
圖 1 各組大鼠血清Glucose(A),LDL(B),TC(C) 和TG(D)水平示意圖Figure 1. The Level of Glucose(A),LDL(B),TC(C) and TG(D) in serum of Every Group 注: 與Control相比:★<0.05,★★<0.01; 與T2DM組相比:▲<0.05,▲▲<0.01; 與T2DM+Ros相比:#<0.05,##<0.01。
2.2 大鼠血漿CML和ADMA濃度
T2DM組血漿CML濃度明顯高于對照組(P<0.01),羅格列酮組、運動組和運動+羅格列酮組血漿CML明顯低于T2DM組(P<0.01),值得注意的是運動+羅格列酮組和運動組血漿CML也明顯低于羅格列酮組(P<0.01);T2DM組血漿ADMA濃度明顯高于對照組(P<0.01),羅格列酮組、運動組和運動+羅格列酮組血漿CML明顯低于T2DM組(P<0.05),同樣值得注意的是運動+羅格列酮組血漿ADMA明顯低于運動組(P<0.05);該結(jié)果說明“運動+羅格列酮”聯(lián)合干預T2DM大鼠在降低CML和ADMA方面分別優(yōu)于單獨運動和單獨的羅格列酮干預(表1和圖2)。
2.3 LDL、CML和ADMA的相關性分析
本研究結(jié)果顯示,LDL與CML呈正相關(R=0.686,P<0.05),LDL和ADMA呈正相關(R=0.63,P<0.01),而CML和ADMA未呈相關(R=0.336,P>0.05,圖3)。
圖 2 各組大鼠血漿CML(A)和ADMA(B)水平示意圖Figure 2. The Level of CML and ADMA in Plasma of Every Group
注:與Control相比:★<0.05,★★<0.01; 與T2DM組相比:▲<0.05,▲▲<0.01;與T2DM+Ros相比: #<0.05,##<0.01與T2DM+Ex相比:☆<0.05,☆☆<0.01。
圖 3 CML與ADMA相關(A),CML與LDL相關(B),ADMA與LDL相關(C)示意圖Figure 3. The Correlation of between CML and ADMA(A),between CML and LDL(B),between ADMA and LDL(C)
2.4 大鼠肝臟DDAH-1和PPAR-γ的qRT-PCR結(jié)果
圖4 組大鼠血漿PPAR-γ(A)和DDAH(B)的mRNA水平示意圖Figure 4. The mRNA Level of PPAR-γ(A)and DDAH(B) in Plasma of Every Group
注:與Control相比:★<0.05,★★<0.01; 與T2DM組相比:▲<0.05,▲▲<0.01;與T2DM+Ros相比: #<0.05,##<0.01,與T2DM+Ex相比:☆<0.05,☆☆<0.01。
本實驗結(jié)果顯示,T2DM組肝臟PPAR-γ表達與對照組無顯著性差異;羅格列酮組肝臟PPAR-γ表達明顯高于對照組和T2DM組(P<0.01);運動組肝臟PPAR-γ表達明顯高于T2DM組(P<0.05),但低于羅格列酮組(P<0.01);運動+羅格列酮組肝臟PPAR-γ表達明顯高于對照組、T2DM組、羅格列酮組和運動組(P<0.05,圖4)。
T2DM組肝臟DDAH-1表達明顯低于對照組(P<0.01);羅格列酮組和運動組肝臟DDAH-1表達明顯高于T2DM組(P<0.01);然而,運動+羅格列酮組肝臟DDAH-1表達高于T2DM組、運動組和羅格列酮組(P<0.01,圖4)。
該結(jié)果說明“運動+羅格列酮”在降低ADMA方面表現(xiàn)出的協(xié)同效應,可能是基于CML/PPAR-γ/DDAH-1/ADMA通路實現(xiàn)的。
臨床研究[3]顯示,血漿中ADMA水平的升高與糖尿病血管并發(fā)癥密切相關,是一個獨立預測糖尿病心血管事件的風險因子。近年來研究[22]發(fā)現(xiàn),ADMA不僅是糖尿病血管并發(fā)癥的一個預測指標,而且也是疾病進展的調(diào)節(jié)指標,具有雙重作用。研究[8]發(fā)現(xiàn),ADMA作為NOS內(nèi)源性抑制劑,其抑制NO的合成效應呈時間-劑量依賴性(IC50=1.8±0.1 μmol/L)。細胞實驗[2,29]證實,外源性ADMA還可以通過加強氧化應激,誘導炎癥反應。可見ADMA通過抑制NO合成,加強氧化應激,誘導炎癥等多條途徑,破壞血管內(nèi)穩(wěn)態(tài),加速動脈粥樣硬化發(fā)展。
研究[30]報道,糖尿病和胰島素抵抗狀態(tài)下,血管內(nèi)皮DDAH-2的表達和活性明顯降低,其可能的原因是機體高血糖時,蛋白質(zhì)經(jīng)非酶糖化生成的AGEs明顯增加,AGEs進一步誘導的氧化應激增加,使得DDAH-2被氧化(DDAH分子在具有一個活躍的半胱氨酸基團,其巰基容易被氧化失活[14])。也有研究[7]發(fā)現(xiàn),糖尿病時機體分泌的炎癥因子增加,TNF-α等炎癥因子可以降低內(nèi)皮細胞DDAH的活性。此外,研究[24,26]發(fā)現(xiàn),DDAH(-/-)的老鼠,體內(nèi)ADMA水平明顯增加,NO合成減?。欢鳧DAH-1高表達的老鼠[27],ADMA水平降低,NOS表達和活性明顯增加,NO水平增加,同時伴有胰島素敏感性增加。
考慮到肝臟是ADMA的主要代謝器官[11],決定著血液中ADMA的水平,本研究發(fā)現(xiàn),2型糖尿病機體肝臟DDAH-1表達也明顯下降。研究[1]發(fā)現(xiàn),DDAH基因在啟動子區(qū)域含有PPAR-γ的結(jié)合位點,PPAR-γ激動劑可以激活DDAH,加強ADMA代謝消除;研究[16]發(fā)現(xiàn)替米沙坦(AngⅡ受體阻斷劑,同時可以激活PPAR-γ)可以通過激活血管內(nèi)皮的PPAR-γ,上調(diào)DDAH-2表達,伴隨著ADMA的下降,NO的增加。同時還發(fā)現(xiàn),如果阻斷PPAR-γ通路,替米沙坦上調(diào)DDAH的效應也被阻止了,說明PPAR-γ在上調(diào)DDAH-2的表達上起到重要作用;本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),羅格列酮在激活上調(diào)肝臟PPAR-γ的同時,伴隨著肝臟DDAH-1表達的上調(diào),而且血漿ADMA水平明顯下降,該結(jié)果再次驗證了,PPAR-γ激活劑可能會通過上調(diào)DDAH表達,進而降低ADMA,對血管內(nèi)皮起到保護作用。
研究[4]報道,運動可以降低機體AGEs水平,其可能的機制是通過增加胰島素敏感性,降低血糖,同時提高抗氧化酶系活性,加速AGEs前體(富含羰基的葡萄糖代謝中間產(chǎn)物甲基乙二醛和3-脫氧葡萄糖酮醛)的消除;此外,運動還可以降低醛酮還原酶(Aldose Reductase,AR)活性,減少葡糖糖經(jīng)多元醇途徑代謝,減輕氧化應激和減輕炎癥反應,降低AGEs的產(chǎn)生[10]。但是運動對DDAH的影響還不是很清楚。本研究發(fā)現(xiàn),運動可以上調(diào)肝臟DDAH-1的表達,同時伴有血漿CML和ADMA的降低,該結(jié)果提示,運動可能通過,降低CML(AGEs),減輕氧化應激,進而提高肝臟DDAH-1的表達,最終降低循環(huán)中ADMA水平,減少其對血管內(nèi)皮的損傷。
該研究還發(fā)現(xiàn),運動還可以上調(diào)肝臟PPAR-γ的表達,而有研究[12,17]發(fā)現(xiàn),AGEs通過激活NF-κB,NF-κB競爭性結(jié)合PPAR-γ輔助轉(zhuǎn)錄因子,阻止PPAR-γ由細胞質(zhì)到細胞核的移位,降低PPAR-γ的活性。所以該研究結(jié)果也提示我們,運動降低AGEs可能導致PPAR-γ表達和活性增加。
考慮到運動和羅格列酮都有降低ADMA的作用,但是機制上又不完全相同,那么推測其效應可能存在著協(xié)同。本實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)“運動+羅格列酮”聯(lián)合干預后,分別與單獨運動和單獨羅格列酮干預相比,CML和ADMA的水平進一步降低趨勢,其中ADMA明顯低于單獨運動干預,CML明顯低于單獨羅格列酮干預;而且“運動+羅格列酮”聯(lián)合干預組,肝臟PPAR-γ和DDAH-1表達明顯分別高于單獨運動組和單獨羅格列酮組。說明“運動+羅格列酮”在降低CML和ADMA方面可能存在協(xié)同效應,與我們之前的推測相吻合;其機制可能是運動通過降低氧化應激,降低AGEs,上調(diào)了DDAH-1的表達,同時也上調(diào)了PPAR-γ的表達,而羅格列酮激活PPAR-γ,激活的PPAR-γ啟動上調(diào)了DDAH-1的表達,因此,運動和羅格列酮在機制上存儲在互補與疊加,使得二者的聯(lián)合在降低ADMA,保護血管內(nèi)皮方面具有協(xié)同作用(圖5)。
圖 5 運動與羅格列酮保護血管內(nèi)皮的協(xié)同機制Figure 5. Synergistic Effect of Exercise and Rosiglitazone in Protecting Vascular Endothelium
由圖5可見,ADMA位于AGEs的下游,更靠近臨床終點,本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),CML和ADMA未見明顯相關,該結(jié)果可能與“代謝記憶”有關[5,25],即AGEs導致的慢性代謝異常,具有遺留效應,即使血糖,CML得到很好的控制(與正常組無顯著性差異),但是ADMA的水平還是明顯高于正常組,很難恢復到正常。
上述研究說明DDAH/ADMA/NO途徑在糖尿病血管皮內(nèi)損傷中發(fā)揮著重要的作用,因此,加強DDAH活性,降低ADMA,促進NO的合成,可能是一個新的預防和治療糖尿病血管并發(fā)癥的途徑,具有一定的臨床前景。而且該研究結(jié)果提示我們,運動和藥物聯(lián)合在預防糖尿病血管并發(fā)癥方面具有一些潛在的益處,存在的協(xié)同效應,后期還需要探討運動與藥物相互作用的量效關系,為更加科學合理的臨床用藥提供理論依據(jù)。
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Synergistic Effect and Mechanism of Exercise and Rosiglitazone on Reducing ADMA
JING Zhi-qiang1,LIU Nai-feng2,YANG Jin1
To explore effect of exercise and Rosiglitazone on reducing ADMA,is there the presence of synergistic effect? STZ induced T2DM rats model were divided into control group,T2DM group,T2DM+Rosiglitazone group,T2DM+Exercise group,and T2DM+Rosiglitazone+ Exercise group,for 10 weeks intervention.The results show that Rosiglitazone can reduce the level of CML(P<0.01) and ADMA(P<0.01),and increase the liver ppar-gamma(P<0.01) and DDAH-1(P<0.01) mRNA expression compared with T2DM group.Exercise can reduce the level of CML(P<0.01) and ADMA(P<0.05),and increase the liver ppar-gamma(P<0.05) and DDAH-1(P<0.01) mRNA expression compared with T2DM group.Exercise and Rosiglitazone combined together reduce the level of CML significantly lower than single Rosiglitazone group(P<0.01),ADMA significantly lower than the single exercise group(P<0.05),liver ppar-gamma and DDAH -1 mRNA expression were significantly higher than exercise group(P<0.01) and Rosiglitazone group(P<0.01) separately.In conclusion,there is possible synergistic effect of exercise and Rosiglitazone on reducing ADMA,its mechanism based on AGEs/PPAR-gamma/DDAH/ADMA pathway.
exercise;Rosiglitazone;synergisticeffect;ADMA;DDAH-1;PPAR-γ
1002-9826(2016)06-0074-07
10.16470/j.csst.201606012
2016-05-24;
2016-09-09
中央高??蒲谢?ZJ13076)。
景志強(1981-),男,內(nèi)蒙古人,講師,博士,主要研究方向為運動和藥物相互作用,Tel:(025)86185260, E-mail:zhiqiang_jing@126.com。
1.中國藥科大學,江蘇 南京 210009;2.東南大學 醫(yī)學院,江蘇 南京 210009 1.China Pharmaceutical University,Nanjing 210009,China;2.Southeast University,Nanjing 210009,China.
G804.7
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