摘要:目的 評估苦參堿對體外特應性皮炎(AD)模型中HaCaT角質形成細胞的炎癥、氧化和遷移反應及傷口愈合的影響。方法 采用MTT法評估苦參堿的細胞毒性,依據實驗結果,將HaCaT細胞分為對照組,模型組,苦參堿0.05、0.1和0.2 mmol/L組,模型組采用10 μg/L腫瘤壞死因子-α(TNF-α)/干擾素-γ(IFN-γ)刺激HaCaT細胞24 h,苦參堿0.05、0.1和0.2 mmol/L組分別用相應濃度的苦參堿預處理細胞1 h,然后用10 μg/L TNF-α/IFN-γ刺激24 h。酶聯免疫吸附試驗(ELISA)法測定白細胞介素(IL)-6、IL-8和IL-1β和胸腺和活化調節趨化因子(TARC)、巨噬細胞衍生趨化因子(MDC)、調節活化正常T細胞表達和分泌的因子(RANTES)的水平;實時熒光定量PCR檢測抗氧化基因表達水平;劃痕愈合實驗分析細胞遷移;免疫組織化學分析核因子(NF)-κB p65的核易位;Western blot檢測p38、細胞外調節蛋白激酶(ERK)和p65蛋白的磷酸化水平。結果 與模型組比較,苦參堿0.1和0.2 mmol/L組降低IL-6、IL-1β、IL-8和趨化因子的表達,增強超氧化物歧化酶(SOD)1、SOD2、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)的表達,并促進劃痕愈合率(P<0.05)。此外,苦參堿0.1和0.2 mmol/L可抑制p38、ERK和p65蛋白的磷酸化及p65的核易位。結論 苦參堿具有抗炎和抗氧化特性,并刺激角質形成細胞AD模型的傷口閉合。
關鍵詞:苦參堿;皮炎,特應性;炎癥;NF-κB;氧化性應激
中圖分類號:R758.2 文獻標志碼:A DOI:10.11958/20231689
Effects of matrine on inflammation, oxidative stress and wound healing in atopic dermatitis
WU Bo, ZHU Zhuonong, ZHENG Lijuan, CHEN Junru
Department of Dermatology, Guiyang Maternal and Child Health Hospital, Guiyang 550003, China
Abstract: Objective To evaluate the effects of matrine on the inflammatory, oxidative and migratory responses of HaCaT keratinocytes in an in vitro atopic dermatitis (AD) model. Methods HaCaT cells were divided into the control group (no treatment) and the model group (0.05, 0.1 and 0.2 mmol/L). HaCaT cells in the model group were stimulated with 10 μg/L tumor necrosis factor-α (TNF-α)/interferon-γ (IFN-γ) for 24 h. Cells in the model group were pretreated with 0.05, 0.1 and 0.2 mmol/L matrine for 1 h and then stimulated with 10 μg/L TNF-α/IFN-γ for 24 h. MTT assay was used to assess the cytotoxicity of matrine. Enzyme-linked immunosorbent (ELISA) assay was performed to determine levels of cytokines (IL-6, IL-8 and IL-1β) and chemokines (TARC, MDC and RANTES). mRNA expression levels of antioxidant genes were detected by real-time quantitative PCR (RT-qPCR). Cell migration was analyzed by scratch closure assay. Immunohistochemistry was commended to analyze the nuclear translocation of NF-κB p65. Western blot assay was used to detect the phosphorylation levels of p38, ERK and p65 proteins. Results Compared with the model group, matrine 0.1 and 0.2 mmol/L significantly decreased the expression levels of IL-6, IL-1β, IL-8 and chemokines, and matrine significantly enhanced the expression levels of superoxide dismutase-1 (SOD1), SOD2, catalase (CAT) and glutathione peroxidase (GPx), and promoted scratch wound healing (P<0.05). In addition, matrine 0.1 and 0.2 mmol/L inhibited the phosphorylation levels of p38, ERK and p65 proteins and the nuclear translocation of p65. Conclusion Matrine possesses anti-inflammatory and antioxidant properties, and stimulates wound closure in eratinocyte AD model, which may be related to the inhibition of the activation of MAPK and NF-κB pathways.
Key words: matrine; dermatitis, atopic; inflammation; NF-kappa B; oxidative stress
特應性皮炎(atopic dermatitis,AD)是由各種發病誘因(包括塵螨、吸煙和過敏原)引起的慢性過敏性炎癥性皮膚病[1]。AD特征是皮膚過敏、瘙癢、濕疹、紅斑和復發性皮膚損傷[2]。研究顯示,皮膚上皮細胞的異常分化可導致皮膚屏障缺陷,這些缺陷使過敏原浸潤,從而引發炎癥反應和全身免疫反應[3]。目前,外用類固醇、潤膚劑和口服抗組胺藥為AD的一線治療用藥,但長期應用易引發紅斑、鱗屑等不良反應[4]??鄥A是在槐花中發現的一種生物堿,國內廣泛用于病毒性肝炎、癌癥、心臟病和皮膚病(如AD和濕疹)的治療[5-6]。Huang等[7]通過建立AD小鼠模型和炎癥HaCaT細胞證實了苦參堿可以通過抑制Hsp90/核因子(NF)-κB信號轉導軸來調節Th1/Th2炎癥反應,從而緩解AD。然而,其治療AD的潛在機制尚不明確。本文旨在探究苦參堿在HaCaT角質形成細胞AD模型中對炎癥、氧化損傷和傷口愈合的影響及其可能機制。
1 材料與方法
1.1 主要材料 人角質形成細胞HaCaT購自美國典型培養物保藏中心。純度≥98%苦參堿購自上海源葉生物科技有限公司;DMEM培養基、胎牛血清(FBS)、青霉素/鏈霉素購自美國Gibco公司;腫瘤壞死因子-α(TNF-α)/干擾素-γ(IFN-γ)購自美國Peprotech公司;胸腺和活化調節趨化因子(TARC)、巨噬細胞衍生趨化因子(MDC)、調節活化正常T細胞表達和分泌的因子(RANTES)、白細胞介素(IL)-8酶聯免疫吸附試驗(ELISA)試劑盒購自美國Ramp;D Systems公司;IL-6和IL-1β ELISA試劑盒購自美國BD biosciences公司;TRIzol試劑購自美國Thermo Scientific公司;One Step PrimeScriptTM III實時熒光定量PCR(RT-qPCR)預混試劑購自大連寶生物工程有限公司;比辛酸(BCA)蛋白濃度測定試劑盒、ECL發光液和放射免疫沉淀分析(RIPA)緩沖液購自上海碧云天生物科技有限公司;兔源一抗p38、p-p38、p65、p-p65、細胞外調節蛋白激酶(ERK)、磷酸化ERK(p-ERK)、β-actin和辣根過氧化物酶(HRP)標記的山羊抗兔IgG購自美國Cell Signaling Technology公司;DAPI溶液購自美國Sigma-Aldrich公司。Synergy HTX多模式讀取器(美國BioTek公司);Axio Vert A.1倒置顯微鏡(德國蔡司公司);ChemiDoc XRS凝膠成像系統(美國Bio-Rad公司);FLUOVIEW FV3000激光掃描共聚焦顯微鏡(日本奧林巴斯公司)。
1.2 細胞培養和細胞毒性實驗 HaCaT細胞在10%FBS和1%青霉素/鏈霉素的DMEM培養基、37 ℃、5%CO2的濕潤培養箱中培養。HaCaT細胞以4×103個/孔的密度接種于96孔板,并在DMEM培養基中培養過夜。新鮮培養基輕輕清洗細胞,0、0.05、0.1、0.2和0.4 mmol/L苦參堿處理細胞,并分別培養24、48和72 h。然后每孔添加5 g/L MTT溶液10 μL,37 ℃培養4 h后加入二甲基亞砜以溶解甲臜鹽,使用Synergy HTX多模式讀取器在490 nm處檢測光密度(OD)值。細胞存活率=OD實驗組/OD對照組×100%。根據實驗結果(處理時間和濃度無明顯細胞毒性作用),將HaCaT細胞分為對照組,模型組(用10 μg/L TNF-α/IFN-γ處理細胞24 h),苦參堿0.05、0.1、0.2 mmol/L組。
1.3 ELISA檢測細胞因子和趨化因子水平 HaCaT細胞(5×104個/孔)接種于96孔板中,苦參堿0.05、0.1和0.2 mmol/L組分別用相應濃度的苦參堿預處理細胞1 h,TNF-α/IFN-γ(10 μg/L)處理細胞24 h,收集上清液。參照說明書,ELISA法檢測IL-6、IL-1β、IL-8、TARC、MDC和RANTES的水平。
1.4 RT-qPCR檢測基因表達水平 細胞接種于12孔板中(1×10? 個/孔),0.05、0.1和0.2 mmol/L苦參堿預處理1 h,37 ℃下用10 μg/L TNF-α/IFN-γ刺激24 h。清洗和收集細胞后,TRIzol試劑提取細胞總RNA并合成cDNA。反應體系(20 μL):SuperScript Ⅱ逆轉錄酶1 μL,Oligo(dT)引物1 μL,dNTP mix 2 μL,5×第一鏈緩沖液4 μL,cDNA模板(RNA)2 μL,無RNA酶水補至20 μL。反應條件:42 ℃ 50 min,85 ℃ 5 s,4 ℃ 10 min。引物序列見表1。PCR條件:95 ℃預變性3 min;95 ℃持續5 s,62.5 ℃ 30 s,40個循環。以GAPDH作為內參,2-ΔΔCt方法計算目標基因相對表達水平。[基因名稱 引物序列(5′→3′) 產物大小/bp SOD1 上游:ACGGTGGGCCAAAGGATGAA 151 下游:TCATGGACCACCAGTGTGCG SOD2 上游:AGAAGCACAGCCTCCCCGAC 152 下游:GGCCAACGCCTCCTGGTACT CAT 上游:CCAACAGCTTTGGTGCTCCG 180 下游:GGCCGGCAATGTTCTCACAC GPx 上游:TCGGTGTATGCCTTCTCGGC 150 下游:CCGCTGCAGCTCGTTCATCT GAPDH 上游:TTGGTATCGTGGAAGGACTCA 270 下游:TGTCATCATATTTGGCAGGTTT ][Tab.1 RT-qPCR primer sequences
表1 RT-qPCR引物序列]
1.5 劃痕愈合實驗分析細胞遷移 參照文獻[8],HaCaT細胞在12孔板中培養24 h后,用無菌0.2 mL移液管尖端刮除細胞。PBS沖洗,用含0.05、0.1和0.2 mmol/L苦參堿的無血清培養基培養細胞24 h。倒置顯微鏡記錄24 h后細胞的遷移 。劃痕愈合率=[(0 h劃痕面積-24 h劃痕面積)/0 h劃痕面積]×100%。
1.6 免疫組織化學分析 將HaCaT細胞以5×104個/孔接種在12孔板,苦參堿(0.05、0.1和0.2 mmol/L)處理細胞1 h,TNF-α/IFN-γ(10 μg/L)刺激30 min,4%多聚甲醛固定刺激的HaCaT細胞,PBS洗滌2次。用0.2%Triton X-100在4 ℃的PBS中滲透HaCaT細胞10 min,PBS洗滌3次。在4 ℃下將細胞與一抗NF-κB p65(1∶200)孵育過夜。PBS沖洗HaCaT細胞3次,抗兔Alexa Fluor 488-結合二級抗體(1∶500)在4 ℃孵育1 h,PBS洗滌3次。在室溫下用DAPI溶液染色10 min。在共聚焦顯微鏡下觀察細胞。
1.7 Western blot檢測p65、p-p65、p38、p-p38、ERK和p-ERK蛋白表達 用0.05、0.1和0.2 mmol/L苦參堿預處理HaCaT細胞1 h,37 ℃下用10 μg/L IFN-γ/TNF-α孵育24 h,使用RIPA裂解緩沖液裂解細胞,4 ℃、13 000 r/min離心10 min,使用BCA分析試劑盒定量分析上清液中收集的蛋白質。取30 μg蛋白質進行十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳,并將其電轉移到聚偏二氟乙烯膜上。用5%脫脂奶粉溶解在含有0.05%吐溫-20的Tris緩沖液(TBS/T)中,在室溫下封閉PVDF膜1 h。PVDF膜與一抗NF-κB p65、NF-κB p-p65、p38、p-p38、ERK和p-ERK(均為1∶1 000)于4 ℃下孵育過夜。TBS/T洗滌3次后,用HRP結合的山羊抗兔二抗(1∶5 000)在室溫下孵育膜1 h。用ECL發光液對膜進行可視化,在ChemiDoc XRS成像系統上曝光成像,Image J進行量化。
1.8 統計學方法 采用Graph Pad Prism version 8.0軟件進行數據分析。符合正態分布的計量數據用[[x] ±s
]表示,組間比較用單因素方差分析,組間多重比較用Dunnett’s法分析。P<0.05為差異有統計學意義。
2 結果
2.1 各組細胞因子和趨化因子表達水平的比較 MTT檢測結果顯示,在0.4 mmol/L苦參堿處理HaCaT細胞48 h后,細胞存活率較對照組降低(P<0.05),見圖1,選擇苦參堿0.05、0.1和0.2 mmol/L進行后續實驗。ELISA結果顯示,與對照組相比,模型組細胞因子IL-6、IL-1β、IL-8及趨化因子MDC、TARC和RANTES的水平均升高(P<0.05)。與模型組相比,苦參堿0.05 mmol/L組各因子水平差異無統計學意義,而苦參堿0.1和0.2 mmol/L組細胞上清液中細胞因子及趨化因子水平均降低(P<0.05),見表2。lt;C:\Users\Lenovo\Desktop\修改備用\責編\2024年-6期\Image\image2_1_1.jpeggt;[細胞存活率/%][0
][50
][100
][150
][24 h][48 h][72 h][對照組][0.05 mmol/L組][0.1 mmol/L組][0.2 mmol/L組][0.4 mmol/L組][*P<0.05,**P<0.01;n=3,F24 h=0.351,F48 h=3.673*,F72 h=15.070**," a與對照組比較,P<0.05。
Fig.1 MTT assay for HaCaT cell viability
圖1 MTT檢測HaCaT細胞活力][a
][a
][組別 趨化因子 MDC TARC RANTES 對照組 65±7 19±3 11±2 模型組 341±15a 443±20a 151±17a 0.05 mmol/L組 337±18 431±24 147±19 0.1 mmol/L組 208±11b 346±18b 79±13b 0.2 mmol/L組 110±13b 277±15b 38±7b F 271.500** 291.300** 68.470** ][組別 細胞因子 IL-6 IL-1β IL-8 對照組 0.82±0.14 31.5±3.3 9.7±1.8 模型組 6.73±0.57a 115.2±6.5a 78.8±6.1a 0.05 mmol/L組 6.48±0.55 107.8±6.7 76.4±5.7 0.1 mmol/L組 5.51±0.42b 72.3±4.8b 49.3±3.8b 0.2 mmol/L組 4.46±0.35b 36.6±3.6b 17.6±2.2b F 91.210** 169.000** 168.100** ][Tab.2 Comparison of cytokines and chemokines in HaCaT cells between five groups
表2 各組HaCaT細胞中細胞因子和趨化因子
表達水平比較][(n=3,ng/L,[x] ±s)
][**P<0.01;a與對照組比較,b與模型組比較,P<0.05;表3、4同。]
2.2 各組抗氧化能力比較 與對照組相比,模型組SOD1、SOD2、CAT和GPx mRNA水平均降低(P<0.05);與模型組相比,0.1和0.2 mmol/L組SOD1、SOD2、CAT和GPx mRNA水平均升高(P<0.05),見表3。[組別 SOD1 SOD2 CAT GPx 對照組 1.00±0.04 1.00±0.05 1.00±0.04 1.00±0.03 模型組 0.51±0.02a 0.42±0.07a 0.27±0.03a 0.30±0.04a 0.05 mmol/L組 0.53±0.03 0.44±0.09 0.30±0.05 0.34±0.02 0.1 mmol/L組 0.88±0.06b 5.85±0.96b 0.52±0.06b 0.56±0.06b 0.2 mmol/L組 1.25±0.09b 12.34±1.28b 0.84±0.08b 1.07±0.09b F 102.800** 156.500** 105.500** 135.000** ][Tab.3 Comparison of SOD1, SOD2, CAT and GPx mRNA levels in HaCaT cells between five" groups
表3 各組HaCaT細胞中SOD1、SOD2、CAT和
GPx mRNA的水平比較 ][(n=3,[x] ±s)
]
2.3 各組劃痕愈合率比較 對照組、模型組、0.05、0.1、0.2 mmol/L組的劃痕愈合率分別為(63±7)%、(31±4)%、(33±5)%、(48±8)%、(64±6)%,差異有統計學意義(n=3,F=19.630,P<0.01)。與對照組相比,模型組劃痕愈合率降低(P<0.05);與模型組比較,苦參堿0.1和0.2 mmol/L組劃痕愈合率升高(P<0.05),見圖2。lt;C:\Users\Lenovo\Desktop\修改備用\責編\2024年-6期\Image\image3.pnggt;lt;C:\Users\Lenovo\Desktop\修改備用\責編\2024年-6期\Image\image5.pnggt;lt;C:\Users\Lenovo\Desktop\修改備用\責編\2024年-6期\Image\image7.pnggt;lt;C:\Users\Lenovo\Desktop\修改備用\責編\2024年-6期\Image\image9.pnggt;lt;C:\Users\Lenovo\Desktop\修改備用\責編\2024年-6期\Image\image11.pnggt;lt;C:\Users\Lenovo\Desktop\修改備用\責編\2024年-6期\Image\image4.pnggt;lt;C:\Users\Lenovo\Desktop\修改備用\責編\2024年-6期\Image\image6.pnggt;lt;C:\Users\Lenovo\Desktop\修改備用\責編\2024年-6期\Image\image8.pnggt;lt;C:\Users\Lenovo\Desktop\修改備用\責編\2024年-6期\Image\image10.pnggt;lt;C:\Users\Lenovo\Desktop\修改備用\責編\2024年-6期\Image\image12.pnggt;[ 0 h][ 24 h][A—E分別為對照組、模型組、0.05 mmol/L組、0.1 mmol/L組及0.2 mmol/L組。
Fig.2 Cell migration detected by scratch closure assay (×100)
圖2 劃痕愈合實驗檢測細胞遷移(×100)][A][B][C][D][E]
2.4 各組NF-κB p65細胞表達定位 對照組中p65亞基主要分布在細胞質中,在TNF-α/IFN-γ刺激后,p65亞基發生了明顯的核易位;與模型組相比,苦參堿0.1和0.2 mmol/L預處理可以減少NF-κB p65的核易位,見圖3。
2.5 各組p38、p-ERK和NF-κB p65蛋白表達水平比較 與對照組比較,模型組p38、ERK和NF-κB p65的磷酸化水平升高,苦參堿0.1和0.2 mmol/L治療抑制了HaCaT細胞中TNF-α/IFN-γ誘導的p38、p-ERK和NF-κB p65的磷酸化水平(P<0.05),見圖4、表4。lt;C:\Users\Lenovo\Desktop\修改備用\責編\2024年-6期\Image\image28_1.tiffgt;[A][B][C][D][E][p-p38][β-actin][p38][p-ERK][ERK][p-p65][p65][A—E分別為對照組、模型組、0.05 mmol/L組、0.1 mmol/L組及0.2 mmol/L組。
Fig.4 Phosphorylation of p38, ERK and NF-κB p65 detected by Western blot assay
圖4 Western blot檢測p38、ERK和NF-κB p65的磷酸化][組別 p-p38/p38 p-ERK/ERK p-p65/p65 對照組 0.08±0.02 0.10±0.03 0.06±0.01 模型組 0.85±0.08a 0.78±0.05a 0.54±0.04a 0.05 mmol/L組 0.81±0.06 0.74±0.07 0.56±0.03 0.1 mmol/L組 0.42±0.04b 0.25±0.03b 0.38±0.05b 0.2 mmol/L組 0.20±0.03b 0.11±0.02b 0.10±0.03b F 141.700** 178.300** 140.800** ][Tab.4 Changes of phosphorylation levels of p38, p-ERK and p65 in HaCaT cells of each group
表4 各組HaCaT細胞中p38、ERK和p65的
磷酸化水平變化][(n=3,[x] ±s)
]
3 討論
AD是一種常見的慢性炎癥性皮膚病。研究發現,AD可導致皮膚屏障功能障礙和免疫調節障礙[9]。目前,治療AD的藥物(如皮質醇)和免疫抑制劑對AD有良好的治療效果,然而,由于這些藥物的不良反應,它們可能不適合長期使用[10]??鄥A作為一種四環喹啉類生物堿,是苦參的主要成分[11]??鄥A對炎癥性皮膚病有較好的藥理作用。研究顯示,苦參堿可以通過抑制樹突狀細胞分泌多種促炎細胞因子,緩解小鼠銀屑病樣皮炎[12]。此外,苦參堿可以通過升高Th1細胞因子的水平來調節濕疹中的Th1/Th2平衡,從而緩解濕疹[5]。細胞因子作為激素遞質,負責免疫系統的生物學效應,如過敏和免疫反應,細胞因子可進一步細分為Th1和Th2。Th1細胞及其分泌的IFN-γ、IL-2和其他促炎細胞因子介導細胞免疫,而Th2細胞因子包括IL-6、IL-1β和IL-8,主要介導體液免疫[13]。本研究結果顯示,苦參堿0.1和0.2 mmol/L組HaCaT細胞中IL-6、IL-1β和IL-8的表達水平較模型組顯著降低,表明苦參堿可抑制細胞中促炎因子的產生。TARC和MDC是CC趨化因子受體(CC chemokine receptor,CCR)4型配體,在Th2細胞浸潤AD皮膚病中起重要作用[14]。RANTES也是一種CCR配體,可調節包括Th2和肥大細胞在內的免疫細胞,在AD相關炎癥組織中的浸潤和激活方面發揮積極作用[14]。TARC、MDC和RANTES在AD患者和小鼠模型中高度表達[14-15]。本研究結果顯示,苦參堿0.1和0.2 mmol/L組TARC、MDC和RANTES等趨化因子水平較模型組明顯降低,提示其可能通過抑制細胞因子和趨化因子的產生而發揮抗炎作用。
高水平的氧化應激參與AD的病理生理過程,最終導致角質形成細胞損傷并改變其正常功能,細胞內氧化還原失衡和活性氧的積累與角質形成細胞死亡有關[16]。本研究中,模型組SOD1、SOD2、CAT和GPx mRNA的表達較對照組均降低,表明AD會導致氧化應激;而苦參堿0.1和0.2 mmol/L預處理能夠恢復這些抗氧化酶的表達,表明苦參堿通過抑制氧化應激反應,進而抑制了AD的進展。傷口愈合是一種自然的恢復性反應,細胞遷移能力增強有助于加速傷口愈合。此外,上皮-間充質轉化(EMT)轉錄因子的表達升高,使細胞不僅表現出完整的上皮和間充質狀態,還表現出部分EMT狀態,且部分EMT狀態已在許多發育、傷口愈合、纖維化和癌癥過程中得到證實[3]。本研究結果顯示,苦參堿0.1和0.2 mmol/L組劃痕愈合率較模型組顯著升高,表明苦參堿促進了角質形成細胞的傷口愈合。
NF-κB在IL-6、IL-8和IL-1β等促炎細胞因子以及MDC和TARC等趨化因子的產生中起著重要作用[17]。TNF-α能降解IκBα,磷酸化p65,并轉位到細胞核[18]。本研究結果表明,TNF-α/IFN-γ誘導HaCaT細胞中p65被磷酸化并轉移到細胞核,而苦參堿0.1和0.2 mmol/L預處理可抑制p65的磷酸化和核易位。MAPK通路包括ERK1/2、JNK和p38,對炎癥反應的發展至關重要[4]。此外,MAPK是炎癥趨化因子和細胞過程(如細胞增殖、分化和凋亡)的關鍵調節器[19]。本研究結果顯示,與對照組比較,模型組p38和ERK的磷酸化水平升高;與模型組比較,苦參堿抑制了p38和ERK磷酸化的增加,表明苦參堿可能通過抑制NF-κB和MAPK的激活來調節HaCaT細胞中的炎性因子和氧化應激水平。
綜上所述,苦參堿可抑制TNF-α/IFN-γ誘導的HaCaT細胞中AD相關細胞因子和趨化因子的表達,增強抗氧化水平,促進傷口愈合,其機制可能與抑制上游NF-κB和MAPK信號通路激活有關。后續的研究將進一步確認苦參堿在動物模型中的作用,以確認AD的體內效應。
參考文獻
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(2023-11-07收稿 2024-01-25修回)
(本文編輯 陸榮展)