同型半胱氨酸在慢性腎臟病心血管疾病發生發展中研究進展

李憶 張艷寧

[摘要] 同型半胱氨酸（Homocysteine，Hcy）是衍生于蛋氨酸代謝的一種含硫的非必需氨基酸，主要通過食物和內源蛋白質分解獲取，在體內含量很少，許多因素會導致體內Hcy的水平升高，如服用藥物、蛋氨酸代謝酶的改變、維生素B12、B6、葉酸等缺乏，以及相關的腎臟損害。慢性腎臟病（Chronic kidney disease，CKD）在全世界范圍內的發病率呈上升的趨勢，已成為一個威脅人類健康的重要疾病。一項對44個國家的患病率研究進行的薈萃分析估計，全球CKD患病率為13.4%。研究表明，受CKD影響的人群發生心血管疾病（Cardiovascular diseases，CVD）的危險性較一般人群顯著增高，CKD被認為是CVD的獨立危險因素，而CVD是導致CKD死亡的主要原因。由于各種傳統危險因素無法完全解釋這種增加的心血管風險，近年來，越來越多的研究表明非傳統因素，如高同型半胱氨酸血癥對CKD患者發生心血管疾病起到了一定的作用。下面就其相關作用機制進行一系列闡述。

[關鍵詞] 同型半胱氨酸;慢性腎臟病;心血管疾病;維生素;葉酸

[中圖分類號] R692? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-9701（2020）22-0186-07

Research progress of homocysteine in the occurrence and development of chronic kidney disease and cardiovascular disease

LI Yi? ?ZHANG Yanning

Northern Theater General Hospital， Shenyang? ?110000，China

[Abstract] Homocysteine（Hcy） is a sulfur-containing non-essential amino acid derived from methionine metabolism. It is mainly obtained through the decomposition of food and endogenous proteins， with a trace amount found in the body. Many factors can lead to increased levels of Hcy in the body， such as taking drugs， changes in methionine metabolic enzymes， deficiency of vitamin B12， B6， folic acid and other vitamins， and related kidney damage. The incidence rate of chronic kidney disease（CKD） in the world is on the rise， and it has become an important disease threatening human health. A meta-analysis from a study on the prevalence of CKD in 44 countries has estimated that the global prevalence of CKD is 13.4%. Studies have shown that people affected by CKD have a significantly higher risk of developing cardiovascular diseases（CVD） than the general population. CKD is considered as an independent risk factor for CVD，and CVD is the main cause of CKD-related death. Because various traditional risk factors cannot fully explain this increased cardiovascular risk， in recent years， more and more studies have shown that non-traditional factors， such as hyperhomocysteinemia， play a certain role in the development of cardiovascular disease in CKD patients. Its related mechanism of action is elaborated as followed.

[Key words] Homocysteine（Hcy）; Chronic kidney disease; Cardiovascular disease; Vitamin; Folic acid

同型半胱氨酸（Homocysteine，Hcy）是衍生于蛋氨酸代謝的一種含硫的非必需氨基酸，主要通過食物和內源蛋白質分解獲取，在體內含量很少，許多因素會導致體內Hcy的水平升高，如服用藥物、蛋氨酸代謝酶的改變、維生素B12、B6、葉酸等缺乏，以及相關的腎臟損害。慢性腎臟病（Chronic kidney disease，CKD）在全世界范圍內的發病率呈上升的趨勢，已成為一個威脅人類健康的重要疾病。一項對44個國家的患病率研究進行的薈萃分析估計，全球CKD患病率為13.4%[1]。研究表明，受CKD影響的人群發生心血管疾病（Cardiovascular diseases，CVD）的危險性較一般人群顯著增高，CKD被認為是CVD的獨立危險因素，而CVD是導致CKD死亡的主要原因。由于各種傳統危險因素無法完全解釋這種增加的心血管風險，近年來，越來越多的研究表明非傳統因素，如高同型半胱氨酸血癥對CKD患者發生心血管疾病起到了一定的作用。下面就其相關作用機制進行一系列闡述。

1 Hcy的概述

1.1 Hcy的來源與代謝

同型半胱氨酸是衍生于蛋氨酸代謝的一種含硫的非必需氨基酸，主要通過食物和內源蛋白質分解獲取，在體內含量較少，蛋氨酸它主要通過蛋氨酸合酶還原酶（MTRR）催化反應，將蛋氨酸轉化為S-腺苷甲硫氨酸（SAM），然后再轉化為S-腺苷同型半胱氨酸（SAH），最后水解為Hcy和腺苷。Hcy在血流中以氧化和還原的形式存在：血漿中同型半胱氨酸90%以上被氧化與白蛋白結合，而其余的氧化同型半胱氨酸以二硫化物形式存在，游離的還原形式只有2%左右[2]。Hcy在體內有三種代謝途徑：（1）轉硫化途徑：同型半胱氨酸在胱硫醚β合成酶（CBS）的作用下與絲氨酸生成胱硫醚，然后在胱硫醚γ-裂合酶（CSE）參與下，以維生素B6為輔酶，生成半胱氨酸，生成的半胱氨酸可參與蛋白質生成或者轉化為硫酸鹽隨尿排出。這是其在體內的主要代謝途徑。其中人CBS在肝臟、腎臟、肌肉、大腦和卵巢中表達，故腎功能不全患者常因腎小球硬化、腎間質纖維化、腎小管萎縮等導致此酶的缺乏[3]。（2）再甲基化途徑：再甲基化途徑：由5-甲基四氫葉酸作為甲基的供體，在亞甲基四氫葉酸還原酶（MTHFR）和蛋氨酸合成酶（MTS）的參與下，以葉酸和維生素B12作為輔酶，重新甲基化生成蛋氨酸。而MTHFR廣泛存在全身中，以腎臟中含量最高。（3）釋放到細胞外基質：同型半胱氨酸釋放到細胞外基質是處理細胞內Hcy的途徑之一，與細胞內甲硫氨酸途徑密切相關。

1.2 Hcy的細胞毒性

體內同型半胱氨酸代謝異常時，形成高同型半胱氨酸血癥（HHcy），體內Hcy代謝異常時，硫醇基團在氧和金屬離子的存在下迅速經歷自氧化，從而產生活性氧（ROS），Hcy對血管內皮的損傷和毒性作用主要也是來自于ROS對內皮的損傷。此外Hcy可以直接干擾硫化氫的穩定內皮功能和阻斷NO的代謝，導致內皮功能障礙。血管內皮細胞損傷后，可使血管活性物質如一氧化氮（NO）、前列環素的生物利用度降低，同時收縮因子如內皮素水平升高。此外氧化應激反應導致內皮源性（內皮依賴性）NO產生和生物效應降低，從而導致內皮依賴性血管舒張功能下降[4]。

2 Hcy與CKD的關系

2.1 Hcy引起腎臟損傷的機制

2.1.1 Hcy參與的氧化反應? 一種可能的機制是HHcy誘導局部氧化應激，由于硫醇基團在氧和金屬離子的存在下迅速經歷自氧化，從而產生活性氧（ROS）。此外，HHcy可促進煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶活性，并進一步增加ROS的產生，進而增加金屬蛋白酶組織抑制劑1（Tissue inhibitor of metalloproteinase 1，TIMP-1）的活性表達、使金屬蛋白酶（Matrix metaloproteinas-as，MMPs）的表達減弱、減少細胞外基質（Extra-cellular matrix，ECM）降解，導致腎小球膠原堆積膨脹，引起腎小球硬化壞死。另一種機制是Hcy會干擾NO的生成，NO是內皮穩態的氣態主調節劑;此外，Hcy還介導了重要的內皮抗氧化劑系統的喪失，并增加了ROS的濃度，從而產生氧化應激，從而導致內皮細胞的損傷[5]。這一系列的氧化反應最終引起相應的腎功能損傷。

2.1.2 誘導血管平滑肌細胞（VSMC）增殖? HHcy通過促進粘附分子、趨化因子和VSMC絲裂原的表達而誘導血管平滑肌細胞增殖，增殖的VSMC與血小板、凝血因子和脂質的多種相互作用[6]，介導了巨噬細胞對氧化型低密度脂蛋白（LDL）的攝取，從而使動脈粥樣硬化斑塊中泡沫細胞形成[7]。Hcy還可通過降低DNA甲基轉移酶1（DNMT1）表達，從而降低DNA低甲基化，誘導一系列通路差異表達，促進血管內皮細胞的血小板源性生長因子（PDGF）表達水平上調以及SMC周期蛋白A、D1表達，使VSMC發生增生及遷移[8，9]，從而引起腎臟血管的動脈粥樣硬化，引起腎動脈和相關小動脈損傷，影響腎臟的濾過功能。此外Hcy可以直接作用于腎小球系膜細胞誘導硬化，并且可以通過降低血漿和組織腺苷水平來引發腎臟損傷，血漿腺苷減少導致VSMC增殖增強，并加速動脈和腎小球的硬化過程，引起腎損傷。

2.1.3 內質網應激反應? 內質網是蛋白質折疊、修飾和儲存鈣的場所，分泌性蛋白和跨膜蛋白都在里面合成，各種原因導致的蛋白錯誤折疊和鈣離子紊亂，稱作內質網應激。內皮細胞內質網長期處于應激狀態，會引起細胞凋亡。而同型半胱氨酸可能通過破壞二硫鍵的形成并激活未折疊的蛋白質反應（UPR）引起內質網應激[10]，從而引起腎臟細胞的凋亡，引起相關的腎損傷。

2.2 Hcy與部分腎臟疾病的關系

2.2.1 與糖尿病腎病的關系? 糖尿病腎病（DN）是糖尿病的主要微血管并發癥，是糖尿病患者死亡和發病的主要原因，容易導致終末期腎衰竭[11]。越來越多的研究已經證實Hcy是DN的獨立危險因子[12-14]，同時也是影響尿微量白蛋白排泄率（UMAER）的獨立因素[15]，而UMAER是評估腎小球濾過率的傳統標準方法，有助于檢測早期DN并監測其進展。在TengKai Wang[16]的試驗中表明，與對照組相比，無癥狀DN患者的Hcy升高，并且隨著DN的發展Hcy水平持續升高。這可能是由于胰島素抵抗或功能不足引起的Hcy代謝異常。一系列臨床研究還顯示，HHcy與胰島素抵抗密切相關，胰島素抵抗和II型糖尿病患者中血漿Hcy水平將升高[17]。這一發現表明，Hcy可能也是DN的預測因素，而定期監測糖尿病患者的血清Hcy水平可能有助于檢測早期DN，并防止腎臟損害的發生和發展。目前對于Hcy相關的DN具體機制尚未完全明確，一是考慮Hcy氧化形成的氧自由基對血管內皮細胞的損傷作用，其次是Hcy直接的細胞毒性，NO途徑和凝血因子異常導致微血管栓塞[18]，微血管血栓的形成將損害內皮細胞并損害腎小球濾過。因此體內Hcy水平的異常與糖尿病腎病有著密不可分的關系。

2.2.2 與高血壓腎損傷的關系? 高血壓的發病率在全球逐步上升，而在中國高血壓人群中，腎損傷的發生率約為20.87%，而在非高血壓人群中，腎損傷的發生率僅為7.43%[19]。因此，血壓升高可能會增加腎臟損害的發生率。Hcy對血管內皮細胞具有損傷作用，而內皮功能障礙在高血壓的早期腎臟損害中起關鍵作用。尿微量白蛋白可作為高血壓早期腎損害的敏感指標，隨著Hcy水平的增加，尿微量白蛋白也呈上升趨勢[20]。這些都表明，Hcy與高血壓的早期腎功能損害有一定的聯系[21]。Yun L等[22]的研究表明，高血壓合并早期腎臟損害的患者血漿Hcy水平高于沒有腎臟損害的高血壓患者。Xie D等[21]研究表明血漿Hcy水平升高是中國高血壓人群腎功能快速下降和CKD發生的獨立預測因子。Pushpakumar S等[23]研究表明，硫化氫是Hcy轉硫化途徑的副產物，它可以降低收縮壓，HHcy將會減少硫化氫的產生。同時一氧化氮合酶（eNOS）的同型半胱氨酸化和小窩蛋白1表達的上調共同降低了eNOS活性，它們導致血壓升高并引起相關的腎臟血管變化，包括血管密度降低，血流量減少和平滑肌細胞增殖增加，從而導致腎功能受損。由此可見，Hcy與高血壓的共存為加速腎損傷提供了環境，從而進一步加速了CKD的進展。

2.2.3 與ESRD的關系? ESRD患者的Hcy水平比正常人高3～5倍，其中出現HHcy患者占85%～100%。幾乎每項研究都表明肌酐和Hcy的濃度之間存在高度顯著的正相關[24]。越來越多的研究指出HHcy產生的原因多見于兩個原因，腎小球濾過率的降低和腎臟功能的損傷。血漿Hcy和GFR之間存在密切聯系，Hcy通過鈣依賴機制誘導內質網應激來引起腎小球損傷，從而引起腎臟濾過功能下降[25]。但是臨床上許多研究表明穩定的腎移植患者HHcy患病率依然很高，這表明這些患者中GFR的改善不能完全將血漿Hcy恢復至正常水平。這可能是因為Hcy在生理條件下，只有非蛋白結合的同型半胱氨酸才經過腎小球濾過，然后在腎小管中大部分被重吸收并在腎小管細胞中被氧化成二氧化碳和硫酸鹽[26]。因此HHcy與腎小球濾過率下降的關系還需進一步研究探討。Hcy在腎臟進行轉硫化途徑和再甲基化途徑被代謝，在Amin HK等[27]的研究中，腎臟通過機體的調節來維持腎小球濾過的變化，從而維持血漿Hcy的穩定，ESRD患者中，腎功能嚴重受損，CBS和MTS的代謝障礙，Hcy清除率明顯降低。Garibotto G等[28]觀察到腎臟在清除SAH中起著獨特的作用，這表明腎臟可能在控制機體甲基化反應中起重要作用，ESRD患者Hcy甲基化障礙，進一步導致HHcy[28]。此外，ESRD患者自身也會引起HHcy的發生，可能與有毒化合物積累抑制了各種新陳代謝有關。可見，Hcy與ESRD之間存在相互作用，相互影響的關系。

3 Hcy與CVD的關系

3.1 CVD的流行病學

與吸煙、肥胖、血脂異常等傳統危險因素相比，非傳統危險因素在心血管疾病中的作用也日益受到人們的重視，如HHcy、高尿酸血癥、C-反應蛋白增高、蛋白尿等，其中HHcy血癥尤為引人注目，目前已證實，HHcy已被確定為冠狀動脈粥樣硬化疾病的重要獨立危險因素，與人類CVD的發生發展密不可分[29]。Humphrey LL等[30]的Meta分析顯示，Hcy每增加5 μmol/L，冠心病的發生風險增加20%，且獨立于傳統危險因素。Wald S等[31]對20項前瞻性研究進行了評估，得出結論，將同型半胱氨酸濃度降低3 μmol/L，可將缺血性心臟病的風險降低16%。另一項對850例急性心肌梗死患者的預后進行研究發現，伴有HHcy的患者術后30 d內心力衰竭、心臟破裂、死亡以及總體不良心血管事件的發生率均顯著高于Hcy正常者[32]。Wan J等[33]的動物研究表明，HHcy能抑制干細胞因子誘導的心臟干細胞歸巢，從而影響心肌梗死后心肌細胞的修復，進而影響冠心病的預后，Hcy的水平可在一定程度上反映心肌損傷的程度，其對于冠心病患者的預后具有指導意義。

3.2 Hcy對CVD影響機制

3.2.1 內皮功能障礙? 越來越多的研究指向高同型半胱氨酸與內皮功能障礙有關，它通過阻斷NO的生物合成，干擾硫化氫穩定內皮的功能，以及通過調節與ROS相關的氧化應激等一系列方式來引起內皮功能障礙，從而導致心血管動脈粥樣硬化[5]。此外由于內皮細胞蛋白S-亞硝基參與了心血管功能的調節，體內Hcy增高會對內皮細胞蛋白S-亞硝基產生抑制作用，因此S-亞硝基化蛋白受抑制后可損害心血管內皮細胞[34]。進而導致心血管內皮功能障礙，引起一系列心血管疾病發生。

3.2.2 血管功能受損? 在血管壁血液中，NO通過激活VSMC中鈣水平導致的血管舒張的細胞內信號通路，從而有助于調節全身血流量和壓力，而Hcy通過氧化應激降低NO的生物活性來影響血管的舒縮功能。NO活性降低將導致負責ECM成分降解的MMP活性增加，從而使MMP介導的彈性結構的惡化和硬質膠原蛋白沉積的增加，從而導致血管壁的重塑和相關血管疾病[35]。以上因素最終導致心血管壁粥樣斑塊的形成，導致CVD發生。

3.2.3 脂蛋白代謝異常? 載脂蛋白A-I在受到高Hcy濃度的影響后，其表達會減少，同時HDL-C的清除增加，使得血液循環中的HDL-C減少，膽固醇逆轉運受到影響，這些均會使動脈粥樣化的風險性增加[36]，此外HHcy中產生的活性氧可以促進LDL的氧化，并促進其在動脈粥樣硬化病變中的蓄積。最終導致心血管壁粥樣斑塊的形成，導致CVD發生。

4 Hcy與CKD合并CVD的關系

腎功能受損是CVD相關死亡率的獨立危險因素，而CVD也是CKD的主要死亡原因，因此越來越多的腎內科醫生開始關注兩者之間的關聯。傳統的危險因素，如吸煙、肥胖、血壓、血脂異常等并不能很好解釋心血管疾病的危險程度，加上高水平的Hcy是動脈粥樣硬化的危險因素，故有研究已經提出，HHcy是CKD心血管并發癥發生的關鍵因素和獨立預測因子[37-39]。研究人員跟蹤觀察175例腎功能衰竭患者29個月，發現Hcy升高10 mmol/l心血管疾病發生風險率較單獨CKD增加20%[40]。Emanet M等[41]對498例早期的CKD患者進行的前瞻性研究提示，血漿Hcy是中度CKD患者動脈僵硬的重要預測指標。考慮出現上述情況有以下幾點原因：（1）炎癥。炎癥是CKD與CVD之間重要的聯系。Hcy與炎癥因子通過激活的B細胞的核因子κ輕鏈增強子（NF-κB），同時Hcy還會誘導局部氧化應激產生ROS，這兩者可以介導內皮細胞凋亡和炎癥，加速動脈粥樣硬化的進展[42]。（2）硫化氫的代謝異常。硫化氫是CBS和CSE催化Hcy經轉硫途徑生成半胱氨酸的副產物。硫化氫對血管內皮細胞發揮著有意義的生物學作用，它可以抑制NF-κB途徑來抑制血管炎癥，還可以增強抗氧劑防御機制來降低ROS活性，它與NO有著相似的舒張血管的能力，它還可以糾正內皮功能障礙，具有抗動脈粥樣硬化特性。在CKD患者中，HHcy導致CSE和CBS的下調，導致硫化氫耗竭，繼而導致HHcy相關的心血管疾病[5]。（3）CKD中的血管生物異常。隨著腎功能下降，會產生許多與CVD相關的變化，如內皮障礙和HHcy，它們本身就是CVD的危險因素，可以直接促進CVD的發生;其次Hcy加重腎功能的損傷的同時間接促進了CVD的發生[43]：①RASS系統的過度激活會導致心臟重塑，加速動脈粥樣硬化，增加CVD發生的概率;②CKD患者到了后期會出現促紅細胞生成素缺乏，導致貧血，這與心室重構和心衰相關;③CKD患者出現的鈣磷代謝紊亂驅動血管鈣化，加速動脈粥樣硬化的進展。（4）在ESRD中，HHcy通過SAH的慢性升高導致DNA低甲基化，異常的DNA甲基化可能通過使動脈粥樣硬化易感性增加，減弱動脈粥樣硬化保護性基因功能而促進動脈粥樣硬化，此外DNA甲基化可能通過抑制單羧酸鹽轉運蛋白的表達來修飾單羧酸鹽轉運，其轉運不足可能影響動脈粥樣硬化病變的發展[44]。

此外也有研究沒有發現Hcy與CKD合并CVD的關聯性甚至發現沒關聯[45-47]。Wrone EM等[48]探討了459例血液透析患者中Hcy與心血管疾病史的橫斷面關聯，發現無心血管疾病史的患者中平均Hcy更高，在多變量模型中，心血管疾病的病史仍與較高的Hcy水平呈負相關。出現這種爭議考慮CKD患者中的Hcy水平可能受到其他混雜因素的影響，考慮以下兩點原因：（1）蛋白質能量營養不良。在CKD患者中由于毒素積累、激素紊亂等因素會導致厭食和嘔吐，能量攝取減少，加上自身體重的減輕減少了蛋白質的儲存，因此營養不良很常見，而這種情況在CKD的早期就會出現。血清白蛋白在臨床上常被用作營養狀況的指標，血漿Hcy主要與白蛋白以結合形式而被測量，因此對于CKD患者，尤其是ESRD和血液透析的患者，常會出現低Hcy水平。（2）炎癥。炎癥會加速蛋白質的分解，抑制白蛋白的合成，進一步加重低蛋白血癥和營養不良，進一步增加氧化應激，導致內皮功能障礙和動脈粥樣硬化斑塊形成。CKD患者中的心血管疾病和炎癥以及營養不良之間密切相關[49]。但是對于這種逆流行病學，我們不能完全否認Hcy在CKD患者心血管疾病中的意義，應該進一步探索研究，完善相關證據。

5 葉酸和B族維生素對CKD患者CVD的干預

Hcy由蛋氨酸代謝而來，其水平取決于幾個因素，例如蛋氨酸代謝酶的遺傳改變（主要是MTHFR C677T多態性）、維生素B12、維生素B6或葉酸的缺乏。已知膳食中葉酸、維生素B12和維生素B6的攝入量以及它們的血漿濃度與Hcy濃度成反比，它們中的任何一種缺乏都會導致Hcy濃度適度升高，機制大致如下：（1）葉酸缺乏是輕度至中度HHcy的最常見原因，它通過減少四氫葉酸合成并抑制甲基活化而損害葉酸輔酶系統，從而損害了再甲基化途徑;（2）B12缺乏會導致MTS失活，損害細胞重新甲基化降低Hcy的能力，也會導致5-甲基四氫葉酸（葉酸的循環形式）積累，會損害細胞內葉酸池。（3）維生素B6缺乏會抑制CBS的活性，因此會抑制Hcy的分解代謝。國內外越來越多的研究建議用葉酸和B族維生素對HHcy進行干預。藥物治療能使Hcy水平降低，但在大多數情況下，CKD和ESRD患者的死亡率和心血管事件發生率都沒有改善，考慮其作用僅在于抗炎和血管保護。HOST試驗顯示Hcy水平降低，但心血管死亡率卻差強人意，且對于晚期CKD患者，也未能延遲開始透析時間[50]。在一項糖尿病腎病的RCT實驗中，口服葉酸或者維生素B12和維生素B6將導致更嚴重的腎小球濾過率降低和心血管事件發生[51]。Wrone EM等[52]在一項針對510例接受每日透析，每天5 μg、15 μg或15 μg葉酸的慢性透析患者的多中心研究中，在死亡率和心血管事件方面沒有發現差異。在ASFAST研究（動脈粥樣硬化和葉酸補充試驗中的心血管發病率和死亡率）中，CKD透析患者規律服用葉酸，中位隨訪3.6年后，結果未能證明葉酸治療對死亡率、心血管疾病死亡率和控制動脈粥樣硬化進展（頸動脈內膜中層厚度進展）有好處[53]。而且沒有相關研究明確說明對于CKD患者，是否應該常規口服葉酸或者B族維生素來預防心血管事件的發生。考慮到不同程度的CKD患者，以及MTHFR基因型的差異都會影響葉酸或者維生素的作用，且維生素種類和計量的不同，含葉酸食物的不穩定性都將影響臨床結果。

綜上所述，大量研究表明Hcy是腎臟損傷和心血管疾病發生發展的獨立危險因素，主要機制是其對內皮細胞的損傷和促動脈粥樣硬化作用。一直以來，CVD都是CKD患者死亡的主要原因，Hcy水平的增高也在CVD的演變中起著極大的作用，但就Hcy與CKD合并CVD的關系并不明確，對于Hcy是否為CKD患者發生心血管事件的危險因素以及預測因子這個結論，尚有爭議。因此，在以后的研究中進一步探討Hcy與CKD合并CVD的相關性有著重要的意義。此外，沒有明確的研究表明CKD患者血漿Hcy水平的下降能減少心血管事件的發生或死亡率，因此對于通過口服葉酸、維生素B6、B12降低Hcy對疾病的發生發展尚有爭議。

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