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微血管研究。作者手稿;PMC 2008年5月1日提供。
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NIHMSID公司:NIHMS22926
PMID:17250855

螺内酯改善男性自发性高血压卒中大鼠脑血管结构并增强其张力

摘要

背景:

以往研究表明,缺血性脑梗死的大小与脑血管结构有关。安体舒通是一种盐皮质激素受体拮抗剂,可减少雄性自发性高血压-卒中发作大鼠(SHRSP)的缺血性脑梗死面积。因此,我们假设慢性螺内酯治疗可以改善SHRSP的脑动脉结构。

方法:

用螺内酯(2.5 mg/天)治疗6周龄雄性SHRSP 6周,并与未经治疗的对照SHRSP和血压正常的Wistar-Kyoto(WKY)大鼠进行比较。使用加压动脉造影仪,在被动(无钙)、零流量条件下测量大脑中动脉(MCA)的结构。根据75和125 mmHg时的主动和被动测量值计算肌源性张力。使用无线遥测技术测量平均动脉压。

结果:

与对照大鼠相比,螺内酯治疗的SHRSP仅在75 mmHg时增加肌张力。与对照SHRSP相比,螺内酯治疗的SHRSP的MCA管腔和外径增加,但与WKY大鼠无差异,表明血管重塑减少。螺内酯对血压没有影响,表明这是一种与血压无关的作用。

结论:

螺内酯治疗的SHRSP肌源性张力和管腔直径增加可能是螺内酯在缺血性卒中中的保护作用的原因。

关键词:醛固酮、高血压、SHRSP、螺内酯、血管重塑、动脉造影、大脑中动脉

介绍

中风是美国第三大死亡原因,88%的中风是缺血性的,由脑血管堵塞引起,这会损害大脑中的血液流动(Thom等人,2006年). 高血压是中风的已知危险因素(坎内尔,1979年). 由于自发性高血压卒中易感大鼠(SHRSP)模型与人类脑血管病相似,因此研究高血压和卒中的联合作用已被证明是一种有用的工具(Yamori等人,1976年). 与SHRSP相比,血压正常的Wistar-Kyoto(WKY)大鼠在实验性诱导缺血后出现较小的脑梗死(Coyle和Jokelainen,1983年)和传统上被用作SHRSP的对照菌株。以前对SHRSP和WKY大鼠脑血管侧支循环的研究表明,这两种菌株之间的血管密度没有差异(科伊尔,1987年)但这些血管的管腔宽度是防止梗死组织数量的主要决定因素(科伊尔和冯,1993年;科伊尔和海斯塔德,1991年). 这些研究将脑血管管腔直径与SHRSP中缺血性中风造成的损害联系起来。

血浆醛固酮升高也被认为是中风的危险因素(Brunner等人,1972年)越来越多的证据表明醛固酮对原发性高血压的血管病理有直接影响(Connell等人,2003年;康奈尔和戴维斯,2005年). 许多研究表明,阻断肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)的成分可以预防或减少中风和心血管重塑引起的损伤,通常通过压力依赖机制(Schiffrin和Touyz,2004年). 虽然RAAS的大多数研究都集中在血管紧张素II的作用上,但研究人员现在开始表明醛固酮也是有害心血管事件的关键介质,主要是通过激活盐皮质激素受体(Funder,2004年;Rocha和Funder,2002年;斯特拉瑟斯和麦克唐纳,2004年). 使用螺内酯的人体研究(Pitt等人,1999年)和依普利酮(Pitt等人,2003年)显示了盐皮质激素受体拮抗剂对心血管疾病患者的有益作用。卡托普利(一种血管紧张素转换酶抑制剂)的慢性治疗为SHRSP提供了高钠饮食对出血性中风的保护,但当醛固酮被归还时,这种保护就失去了(MacLeod等人,1997年)提示醛固酮可能介导血管紧张素II的作用。有趣的是,对以中风预防(或高钠)饮食喂养的SHRSP患者进行螺内酯慢性治疗可降低死亡率和自发性出血性中风的发病率(Rocha等人,1998年). 我们实验室的研究表明,螺内酯的慢性治疗可使雄性SHRSP和雄性WKY大鼠的缺血性脑梗死面积减少约50%(Dorrance等人,2000年;Dorrance等人,2001年). 与Rocha的研究类似,(Rocha等人,1998年),这些变化发生时血压没有降低。我们的实验室最近也显示了相反的效果;因此,与未经治疗的大鼠相比,用盐皮质激素、脱氧皮质酮醋酸盐(DOCA)治疗的完整雄性Wistar大鼠缺血性脑梗死面积增加(Dorrance等人,2006b).

由于缺血性梗死面积与脑血管的血流直接相关(科伊尔和海斯塔德,1987年)通过血管的血流与血管的管腔直径成正比,脑血管结构的改变可能是螺内酯治疗后缺血性梗死面积减小的原因。另外,我们的实验室已经证明,在正常食盐的健康雄性Wistar大鼠中,使用DOCA激活盐皮质激素受体会导致MCA(大脑中动脉)的肥厚性重塑,并增加缺血性梗死面积(Dorrance等人,2006b). 同样,当实验性诱导脑缺血时,使用MCA闭塞(Longa等人,1989年)与血压正常的大鼠相比,SHRSP导致的缺血性梗死更大(Coyle和Jokelainen,1983年). 缺血性梗死面积的差异可能是由于SHRSP的脑血管管腔较小,并且对脑缺血的扩张能力受损(科伊尔和海斯塔德,1987年). 大脑小动脉外径的缩小也被发现在这些小动脉扩张能力受损中起着重要作用(Baumbach和Heistad,1989年). 增加血管内外径是减少缺血性中风所造成损害的重要因素。

在当前研究中,我们研究了慢性盐皮质激素受体拮抗剂对SHRSP脑血管系统的影响。我们的假设是,脑血管结构通过增加脑血管管腔直径、,通过长期服用安体舒通,这些变化不会降低血压。

材料和方法

动物

雄性SHRSP是从我们实验室保存在佐治亚医学院的繁殖群体中获得的。雄性WKY大鼠购自Harlan(印第安纳波利斯)。选择WKY大鼠作为SHRSP的血压正常对照。所有大鼠保持12小时的光/暗循环,并允许进食(钠含量正常的普通大鼠食物(0.25%,饮食#8656,Harlan Teklad)和自来水随意所有实验均由佐治亚医学院动物护理与使用委员会批准,并遵循美国生理学会制定的协议。

血压测量

在单独的大鼠组中,将遥测传送器(Data Sciences,St.Paul MN)植入腹主动脉,并按如下所述进行治疗。如前所述收集平均动脉压(Sasser等人,2002年). 简单地说,在六周的24小时周期内,每10分钟记录一次测量值。计算每天白天和夜间测量的平均值。在另外几组大鼠中,在治疗的最后一周,使用带有CODA 6 VPR传感器鼠尾血压系统的尾切容积描记法测量血压(Kent Scientific;Torrington,CT)。连续3天每天至少进行15次测量,作为收缩压、舒张压和平均动脉压的最终平均值。

处理和容器准备

如前所述,用氯胺酮/甲苯噻嗪(67/6.6 mg/kg,IM)麻醉6周龄大鼠,并将缓释螺内酯(2.5 mg/天)粒剂(美国创新研究公司,佛罗里达州萨拉索塔)植入颈背皮下(Dorrance等人,2001年). 12周龄时,用戊巴比妥钠(100 mg/kg,IP)麻醉大鼠,并切除大脑。通过心脏穿刺采集的体重和血液在死亡时进行测量。对肝素化的血样进行离心,收集血浆进行电解质分析。解剖最靠近Willis环的MCA的第一个无分支部分,并将其置于冷生理盐水(PSS)中(mmol/L:141.9 NaCl,4.7 KCl,1.7 MgSO)4,0.5乙二胺四乙酸,2.8氯化钙2,10.0 HEPES,1.2 KH2人事军官4和5.0葡萄糖)。血管被安装在两个玻璃微移液管上(外径为125-150μm),并用丝线(直径为20μm)固定在一个小血管动脉造影仪上(弗吉尼亚州伯灵顿市Living Systems Instrumentation)。关闭远端移液管,进行零流量或盲式交流实验;所有有泄漏的容器都被丢弃了。本研究中进行的所有实验均在无流量条件下进行。然后将血管加压至75 mmHg,并将动脉造影仪置于连接摄像机和监视器的倒置显微镜上。为了确保船只的完整性,动物祭祀和船只安装之间的时间保持在45分钟内。血管通过视频显微镜进行可视化,并使用校准的视频尺寸分析仪获得内腔直径和壁厚的微米测量值。

实验方案

允许血管在75 mmHg和37°C的pH值为7.4的PSS中平衡一小时。75毫米汞柱是根据之前在大鼠MCA中进行的实验选择的(Cipolla等人,2000年). 该压力也位于大鼠MCA的自动调节范围内,接近MCA通常经历的压力(Coulson等人,2002年). 最初,在75毫米汞柱和125毫米汞柱下测量管腔直径,以表示活跃色调。对5-羟色胺的累积剂量反应是在腔内压力维持在75 mmHg的情况下进行的。血清素以越来越高的浓度(10−9到10−5摩尔/升);在每种浓度下平衡五分钟后,测量管腔直径和壁厚。在进行剂量反应后,在含有2.0 mmol/L EGTA的无钙PSS中评估被动结构,压力范围从40 mmHg到180 mmHg,增量为20 mmHg;在每个压力增量下测量管腔直径和壁厚。实验结束时,硝普钠(10−3mol/L),并对被动语调进行类似测量。

计算和统计

用于评估船舶结构的方程式如下:

  • 壁厚(WT)=左WT+右WT
  • 外径(OD)=流明直径(LD)+WT
  • 壁厚/流明比=WT/LD
  • 容器面积=π(OD/2)2
  • 流明面积=π(LD/2)2
  • 横截面壁面积(CSA)=血管面积−流明面积
  • 周向壁应力=(腔内压力*LD)/(2*WT)
  • 周向壁应变=(0压力下LD−LD)/0压力下的LD
  • 重塑LD=sqrt(高血压OD2−4*标准CSA/π)
  • 重塑指数=100*((正常血压LD−重塑LD)/(正常血压DL−高血压LD))
  • 生长指数=100*((高血压CSA−正常血压CSA)

如前所述计算重塑和生长指数(Heagerty等人,1993年). 由于未以配对方式研究血管,因此未对重塑和生长指数进行统计分析。使用以下公式计算色调百分比:1−(主动直径/被动直径)*100(Cipolla等人,2000年). 使用KaleidaGraph软件(4.0版)对单个应力/应变曲线进行指数回归,计算Beta系数。

使用GraphPad Prism软件3.02版进行统计分析。使用ANOVA和Newman-Keuls多重比较后验确定所有剂量和压力反应的统计显著性。对生理测量、肌原性张力、LogEC进行T检验50数据和β系数;适当时使用Bonferroni校正。0.05或更低的p值被认为是显著的。所有数值均为平均值±SEM。

结果

生理参数和血压

螺内酯治疗对SHRSP大鼠的体重没有影响。与两组SHRSP相比,对照组WKY大鼠体重更高(表1,p<0.05)。各组之间的血浆钾和钠水平没有差异(表1). 螺内酯治疗对SHRSP遥测测量的平均动脉压没有影响。与两个SHRSP组相比,对照WKY大鼠的平均动脉压力更低(图1). 收缩压和舒张压遵循与平均动脉压相同的模式,不受螺内酯治疗的影响(数据未显示)。螺内酯治疗SHRSP(162.3±3.0 mmHg,n=6)和对照SHRSP的平均动脉压(157.7±5.0 mmHg(n=5))没有差异,因此螺内酯对SHRSP使用尾剪断容积描记法测得的平均动脉压力也没有改变(p>0.05)。在SHRSP中,螺内酯治疗也不会改变收缩压和舒张压(数据未显示)。

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遥测血压。平均动脉压表示为昼夜测量值的平均值。螺内酯治疗对SHRSP的平均动脉压没有影响(每组n=3只大鼠);对照组WKY大鼠(n=4)的平均动脉压低于两组SHRSP大鼠

表1

克里斯汀·里格斯比

实验
体重
(克)
等离子

(毫摩尔/升)
等离子

(毫摩尔/升)
SHRSP公司
螺内酯
272 ± 6.5*4.9 ± 0.49145.0 ± 0.79
SHRSP公司
控制
282 ± 6.0*5.0 ± 0.21142.6 ± 4.16
WKY公司
控制
303 ± 3.55.4 ± 0.25144.9 ± 0.67

表1生理参数。数值为平均值±SEM。

*与对照WKY大鼠相比,p<0.05。n=4只/SHRSP组大鼠,n=3只对照WKY大鼠缩写:SHRSP–自发性高血压-卒中-肥胖大鼠,WKY–京都

脑血管张力

与对照组相比,螺内酯治疗使SHRSP中75 mmHg时MCA的色调增加6.7%以上(p<0.05)(图2A). 125 mmHg时各组MCA的色调百分比无差异(p>0.05)(图2A).

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脑血管功能。A) 色调百分比计算为:1–(主动直径/被动直径)×100。与对照组相比,螺内酯治疗使75 mmHg时的张力增加(*p<0.05,与对照SHRSP和WKY大鼠相比)。125 mmHg时各组之间的色调百分比没有差异。B) 对血清素的反应表现为管腔直径的变化(以微米为单位)。在最高剂量下,螺内酯治疗的SHRSP对5-羟色胺的收缩作用减弱(与对照SHRSP和WKY大鼠相比,*p<0.05,与WKY鼠相比,†p<0.05)。螺内酯治疗的SHRSP n=8,对照组SHRSP n=6,对照组WKY大鼠n=4缩写:MCA-大脑中动脉,SHRSP-自发性高血压-卒中-肥胖大鼠,WKY-京都

脑血管反应性

MCA对血清素的反应性表示为管腔直径的变化(以微米为单位)。缩至10−6M和10−5与对照SHRSP和WKY大鼠相比,螺内酯治疗的SHRSP中的M血清素减弱,管腔直径的变化较小(ANOVA p<0.05)(图2B). LogEC没有差异50各组之间,根据管腔直径的变化计算(ANOVA p>0.05;−6.60±0.07安体舒通治疗的SHRSP vs.−6.37±0.24对照SHRSP对−6.47±0.11对照WKY大鼠)。

被动脑血管结构

在压力范围内,与对照SHRSP相比,螺内酯治疗的SHRSP的MCA管腔和外径更大(ANOVA p<0.05)(图(图3A,3A级,,3B)。3B公司). 在压力范围内,与对照WKY大鼠相比,两个SHRSP组MCA中的血管壁厚度增加(ANOVA p<0.05)(图3C). 螺内酯治疗对SHRSP的MCA壁厚没有影响。

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在无钙条件下评估血管结构。A) 流明直径。在压力范围内,与对照SHRSP相比,螺内酯治疗的SHRSP的MCA管腔直径更大(*p<0.05)。B) 外径。在压力范围内,与螺内酯治疗的SHRSP和对照WKY大鼠组相比,对照SHRSP的MCA外径较小(*p<0.05)。C) 壁厚。在压力范围内,与对照WKY大鼠组相比,对照组和螺内酯治疗的SHRSP组的壁厚增加(*p<0.05)。螺内酯治疗的SHRSP n=8,对照组SHRSP n=6,对照组WKY大鼠n=4缩写:MCA-大脑中动脉,SHRSP-自发性高血压-卒中-肥胖大鼠,WKY-京都

尽管螺内酯治疗的SHRSP的MCA横截面积有增加的趋势,但统计分析表明各组之间没有差异(ANOVA p>0.05)(图4A). 与对照SHRSP相比,螺内酯治疗的SHRSP的MCA壁腔比降低,与对照WKY大鼠相比增加(ANOVA p<0.05)(图4B). 与对照WKY大鼠组相比,对照SHRSP组MCA壁腔比增加(ANOVA p<0.05)(图4B).

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在无钙条件下评估血管结构。A) 横截面墙面积。在压力范围内,各组MCA的横截面壁面积没有差异。B) 壁流明比。与对照SHRSP相比,螺内酯治疗的SHRSP的壁腔比降低,而与对照WKY大鼠相比,壁腔比升高(*p<0.05)。螺内酯治疗的SHRSP n=8,对照组SHRSP n=6,对照组WKY大鼠n=4缩写:MCA-大脑中动脉,SHRSP-自发性高血压-卒中-肥胖大鼠,WKY-京都

高重塑指数和小生长指数表明SHRSP MCA中存在富营养化重塑,正如在80 mmHg下计算的那样(图5). 这些指数在压力范围内相似(数据未显示)。螺内酯治疗使重塑指数降低了70%以上,仅略微增加了80 mmHg时SHRSP MCA的生长指数(图5).

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根据80 mmHg下的结构测量计算的重塑和生长指数。螺内酯治疗可显著降低SHRSP MCA的重塑指数,仅略微增加其生长指数。螺内酯处理的SHRSP n=8,对照SHRSP n=6,对照WKY大鼠n=4。缩写:MCA-大脑中动脉,SHRSP-自发性高血压中风发作大鼠,WKY-京都

螺内酯治疗的SHRSP的应力/应变曲线向右移动,表明血管顺应性增加(图6A). 根据单个应力/应变曲线计算得出的β系数被用作容器刚度的测量值。与对照SHRSP和WKY大鼠相比,螺内酯治疗的SHRSP的β系数显著降低(Bonferroni校正的t检验;对照SHRSP与螺内酯治疗的SHRSP,p=0.004)(图6B).

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根据被动无钙条件下在一系列压力下进行的测量,计算了周向壁应力和应变。A) 螺内酯治疗的SHRSP的应力/应变曲线向右移动,表明MCA顺应性增加。B) 通过对单个应力/应变曲线进行指数回归,计算出Beta系数,这是一种测量血管刚度的方法。安体舒通治疗的SHRSP的MCA中的Beta系数显著降低(*p<0.05)。安体舒通治疗的SHRSP n=5,对照SHRSP为5,对照WKY大鼠n=5。缩写:MCA–大脑中动脉,SHRSP–自发性高血压-卒中-肥胖大鼠,WKY–京都

讨论

本研究有两个新发现:1)安体舒通治疗增加SHRSP MCA的色调,2)安体舒通治疗通过增加内腔和外径改变MCA的血管结构,而血压没有变化。如我们实验室之前所观察到的,这些变化结合起来可以解释螺内酯对缺血性卒中结局的保护作用(Dorrance等人,2000年;Dorrance等人,2001年).

螺内酯对SHRSP脑血管结构的影响不是由于血压降低。与当前的研究一致,先前对喂食中风预防饮食的雄性含盐SHRSP进行的研究表明,螺内酯或依普利酮治疗对血压没有影响(Rocha等人,1998年;罗查和斯蒂尔,2001年). 很少有研究评估安体舒通治疗的SHRSP在正常食盐方案下的血压,以进行比较。然而,我们之前已经证明,在正常食盐饮食中,对照组和经螺内酯治疗的SHRSP之间,通过尾部容积描记法测量的收缩压没有差异(Dorrance等人,2001年). 高血压受SHRSP中许多遗传因素的影响,但在此模型中,使用螺内酯拮抗盐皮质激素受体并不能降低血压。使用遥测技术测量血压已被证明比使用其他需要限制的方法(如尾剪断容积描记法)具有显著优势(Irvine等人,1997年). 血管结构的差异似乎也与整体生长无关,因为服用安体舒通后体重没有改变。其他循环因素,如血浆钾(Dorrance等人,2006年a),也可能对缺血性中风的预后产生影响。然而,螺内酯治疗的SHRSP中血浆钾没有显著升高,这表明螺内酯的作用很可能是通过抑制盐皮质激素受体而不是由于血浆钾增加。

维持血管张力是促进脑血流自动调节的机制之一(Izzard等人,2003年). 西波拉,发现诱导大鼠缺血性卒中后,脑动脉肌原性张力随着缺血时间的延长而减少(Cipolla等人,2001年). 这些研究强调了在面临缺血事件时保持脑动脉肌源性张力的重要性。75 mmHg处于大鼠自身调节范围的中间(Coulson等人,2002年)这就是我们观察到分歧的地方。然而,以前的研究表明,SHRSP几乎没有或几乎没有自动调节反应(Izzard等人,2003年). 螺内酯治疗的SHRSP在75 mmHg时的百分比张力增加可能有助于增强大脑中动脉的自我调节行为,因此有助于在缺血性中风的情况下保护大脑。血管反应性的改变也会影响缺血性卒中的结局(Baumbach和Heistad,1989年). 安体舒通治疗的SHRSP在最高剂量下对5-羟色胺的收缩作用减弱,但类似的LogEC表明,对5-羟胺的敏感性没有差异50值。鉴于螺内酯治疗的SHRSP的色调增加,对5-羟色胺的抑制可能是由于螺内酯处理的SHRSP中已经存在较高的基调。

许多研究表明,盐皮质激素受体拮抗剂可以减少心脏纤维化和心室重塑(Rocha和Funder,2002年)但很少有人关注盐皮质激素受体拮抗剂对血管结构的影响。据作者所知,我们的研究是首次评估安体舒通对SHRSP患者脑血管系统的影响。以前使用盐皮质激素受体拮抗剂安体舒内酯或依普利酮对主动脉血管结构的研究已经完成(Benetos等人,1997年)和肠系膜(Endemann等人,2004年;Virdis等人,2002年). 贝内托斯,发现慢性螺内酯治疗可以通过阻止主动脉胶原积聚,预防自发性高血压大鼠主动脉纤维化。Virdis进行的其他研究,和恩德曼,在肠系膜阻力血管中进行。这些研究发现螺内酯和(Virdis等人,2002年)和依普利酮(Endemann等人,2004年)可以降低血管的中腔比,其中比率的降低与血管重塑的减少相关,即管腔直径的增加(Mulvany等人,1996年). 综上所述,这些研究表明,盐皮质激素受体的激活在调节血管结构方面很重要。

向内富营养化重塑在脑血管系统中尤为重要,因为它可以影响流向大脑的血液的自动调节(Izzard等人,2003年)是缺血性卒中预后的重要决定因素(科伊尔和海斯塔德,1987年). SHRSP MCA的富营养化重塑是由高重塑指数与低生长指数相结合的结果。高生长指数表明肥厚性重塑。螺内酯治疗阻止了SHRSP MCA中的富营养化重塑,如管腔和外径的增加,壁厚没有变化,再加上重塑指数的急剧下降。与对照WKY大鼠相比,螺内酯治疗的SHRSP产生的MCA可能仍然是肥大的,这表明横截面积有增加的趋势。这可以部分解释为血压缺乏降低,因为已知血压升高会导致血管肥大(Baumbach和Heistad,1989年). 尽管与对照WKY大鼠相比,螺内酯治疗的SHRSP的MCA中的壁腔比增加,但螺内酯处理的MCA有降低比率的趋势。

从应力/应变曲线右移和β系数降低可以看出,螺内酯处理的SHRSP的MCA更柔顺,硬度更低。与对照SHRSP相比,WKY大鼠的应力/应变曲线没有向右移动,与之前对WKY鼠脑血管进行的研究类似(Baumbach和Heistad,1989年). 我们的实验室表明,依从性增加和脑血管僵硬度降低与缺血性梗死面积减小有关(Dorrance等人,2005年). 这些发现表明,在本研究中观察到的螺内酯治疗的SHRSP的相同作用可能在我们之前的研究中发现的螺内醇治疗提供的缺血性中风保护中发挥了作用(Dorrance等人,2001年).

总之,我们已经证明,长期使用螺内酯治疗可以防止男性SHRSP脑血管系统的富营养化重塑,而不会降低血压。随着结构的改变,螺内酯处理的SHRSP的血管更加柔顺,硬度更低。螺内酯对脑血管的影响可能解释其在减少缺血性梗死面积方面的保护作用(Dorrance等人,2001年). 这些新的研究增加了越来越多的文献,证明盐皮质激素受体拮抗剂对心血管系统的有利作用,与血压变化无关。

致谢

作者要感谢Hiram Ocasio和Ashley Burch的技术专长。

脚注

这项工作得到了美国心脏协会(0130364N:AMD)和美国国立卫生研究院(HL077385:AMD和HL64776:DMP)的资助。

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