CN101914494A - 经血源性间充质干细胞分离培养及其免疫调节作用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种经血源性间充质干细胞(ERCs)分离培养及其免疫调节作用。本发明采用密度梯度离心法从经血中成功分离出ERCs,并对其特异性表面标记及增殖活力进行了检测,建立了该细胞稳定的培养方法,由于来源广泛,取材方便,可以无创伤获取,不涉及伦理问题,为MSCs的临床应用提供了新的替代来源,具有良好的应用前景。同时,经研究还发现,ERCs及培养上清对同源及异源淋巴细胞都具有免疫调节作用,ERCs能显著降低人外周血淋巴细胞IFN-γ的分泌。表明ERCs免疫调节作用机制可能与细胞间的直接接触及抑制淋巴细胞IFN-γ的分泌有关,为减少异体移植引起的免疫排斥反应及治疗自身免疫系统疾病提供理论依据。
Description
技术领域
本发明涉及具有自我更新能力和多向分化潜能的多能干细胞,尤其是涉及一种经血源性间充质干细胞(ERCs)的分离培养,本发明还涉及经血源性间充质干细胞的免疫调节作用。
背景技术
间充质干细胞(MSCs)具有低免疫原性、多向分化潜能及归巢等优点,是组织工程与细胞移植的重要种子细胞,被广泛应用于心血管疾病、中枢神经系统疾病、骨科类疾病及肾脏疾病等疾病的治疗。
异体器官、组织及细胞移植引起的免疫排斥反应及自身免疫性疾病是医学工作者所面临的难题,传统药物等治疗方法无法根治该类疾病并可能引起严重的毒副作用。近年来,一些研究表明骨髓间充质干细胞(BMSCs)具有独特的免疫调节作用,可用于移植治疗同源异体移植引起的免疫排斥反应及自身免疫性疾病。一些研究发现,MSCs在心脏、肾脏、胰腺、肝脏等多种实体器官移植引起的免疫排斥反应中以及造血干细胞移植导致的移植物抗宿主病(GVHD)中都具有良好的治疗效果,可有效延长移植物生存时间,减轻免疫排斥反应,提高移植成功率。在自身免疫性疾病治疗方面,美国国家卫生部已批准MSCs应用于治疗移植物抗宿主病并进入III期临床阶段。另外在欧洲和北美,MSCs也已被用于治疗一些常见的自身免疫性疾病如全身性硬化症、系统性红斑狼疮等且已进入I/II期临床试验阶段。而骨髓间充质干细胞(BMSCs)的创伤性获取及涉及的伦理、法律等问题又使其应用受到了限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型MSCs来源的ERCs分离培养,并通过ERCs与植物凝集素(PHA)刺激下人外周血淋巴细胞及小鼠脾淋巴细胞共培养实验及检测免疫相关细胞因子的分泌情况对ERCs的免疫调节作用进行了研究。
为实现上述目的,本发明可采取下述技术方案:
本发明所述的经血源性间充质干细胞分离培养,包括下述步骤:
第一步:培养基的配制
每390ml DMEM高糖培养基加入100ml灭活后的无支原体胎牛血清、5ml10000U/ml的青/链霉素及5ml 0.25mg/ml的两性霉素B,得到体积为500ml的培养基备用;
第二步:经血源性间充质干细胞的分离与培养
材料获取:
取月经血5ml,加入0.2ml 0.25mg/ml的两性霉素B、0.2ml青/链霉素,0.1mlEDTA-Na2防止污染,在材料获取24-48h内进行下述细胞分离;
细胞分离:
在15ml离心管中缓慢加入5ml比重为1.077的淋巴细胞分离液,将月经血与等量PBS缓冲液充分混匀后,将经血用滴管沿管壁缓慢叠加于淋巴细胞分离液分层液面上,细胞悬液与分离液两者比例为1∶1或2∶1、2000rpm/min水平离心20min;离心后管内液体分为四层,上层为血浆和PBS缓冲液,下层主要为红细胞和粒细胞,中层为淋巴细胞分离液,在上、中层交界处有单个核细胞层;用移液器吸取单个核细胞层置入另一15ml离心管中,加入5倍以上体积的PBS缓冲液,1200rpm/min离心10min,洗涤细胞两次;末次离心后,弃上清,用5ml培养基充分混匀后置于T25培养瓶中,于37℃、体积分数为5%CO2、饱和湿度培养箱卧式培养,培养瓶标记日期;
换液:
定期观察细胞生长情况,细胞培养三天后,将培养瓶取出,在100倍目镜下观测细胞贴壁良好,则可进行换液,弃去其它类型杂细胞及未贴壁细胞,根据细胞生长情况,每3-4天全量换液1次;
传代:
待细胞达到80%~90%融合时,进行传代,贴壁细胞用PBS洗涤2次,再用含有0.25%胰蛋白酶和0.02%EDTA的细胞消化液于37℃消化30秒到1分钟,消化过程中,用倒置显微镜观察细胞消化情况,待细胞大部分胞体回缩、变圆,即加入少量血清终止消化;然后加适量PBS缓冲液,用吸管反复吹打使细胞绝大部分脱落后,将细胞悬液移入15ml离心管,1000r/min,离心5min,弃去上清,后用培养基制成细胞悬液,充分混匀后按1∶3比例传代培养,记为P1代;传代培养过程中每3-4天全量换液一次,贴壁细胞再次融合铺满瓶底后,重复上述操作,记为P2代,以此类推。
所述的ERCs及培养上清对同源及异源淋巴细胞还具有免疫调节作用。
本发明的优点在于采用密度梯度离心法从经血中成功分离出ERCs,并对其特异性表面标记及增殖活力进行了检测,建立了该细胞稳定的培养方法,由于其来源广泛,取材方便,可以无创伤获取,不涉及伦理问题,为MSCs的临床应用提供了新的替代来源,具有良好的应用前景。
同时,经研究还发现,ERCs及培养上清对同源及异源淋巴细胞都具有免疫调节作用,ERCs能显著降低人外周血淋巴细胞IFN-γ的分泌。表明ERCs免疫调节作用机制可能与细胞间的直接接触及抑制淋巴细胞IFN-γ的分泌有关,可以为减少异体移植引起的免疫排斥反应及治疗自身免疫系统疾病提供理论依据。
附图说明
图1为本发明采用密度梯度离心分离单核细胞的示意图。
图2-1为原代ERCs培养24h后的细胞生长图。
图2-2、2-3、2-4分别为第三代ERCs培养1天、3天、5天的细胞生长图。
图3为ERCs流式细胞仪分析结果图。
图4为ERCs的生长曲线图。
图5-1为ERCs对同源及异源淋巴细胞的增殖抑制作用示图。
图5-2为ERCs培养上清对T淋巴细胞的增殖抑制作用示图。
图6为细胞因子IFN-γ的分泌示图。
具体实施方式
本发明所述的经血源性间充质干细胞(ERCs)分离培养,包括下述步骤:
第一步:ERCs培养基的配制
每390ml DMEM高糖培养基加入100ml灭活后的胎牛血清、5ml 10000U/ml的青/链霉素及5ml 0.25mg/ml的两性霉素B,得到体积为500ml的培养基备用;
第二步:ERCs的分离与培养
材料获取:
取年轻、健康女性月经血5ml,加入0.2ml 0.25mg/ml的两性霉素B、0.2ml青/链霉素,0.1ml EDTA-Na2防止污染,在材料获取24-48h内进行细胞分离;
细胞分离:
在15ml离心管中缓慢加入5ml比重为1.077的淋巴细胞分离液,将月经血与等量PBS缓冲液充分混匀后,将经血用滴管沿管壁缓慢叠加于淋巴细胞分离液(聚蔗糖-泛影葡胺分离液,在文章上都直接称为淋巴细胞分离液或Ficoll分离液)分层液面上,细胞悬液与分离液两者比例为1∶1或2∶1,2000rpm/min水平离心20min。离心后管内液体分为四层,上层为血浆和PBS缓冲液,下层主要为红细胞和粒细胞,中层为淋巴细胞分离液,在上、中层界面处有一白色云雾状狭窄带即为单个核细胞层(见图1);用移液器吸取单个核细胞层置入另一15ml离心管中,加入5倍以上体积的PBS缓冲液,1200rpm/min离心10min,洗涤细胞两次;末次离心后,弃上清,用5ml培养基充分混匀后置于T25培养瓶中,于37℃、体积分数为5%CO2、饱和湿度培养箱卧式培养;
换液:
细胞培养三天后,将培养瓶取出,弃去其它类型杂细胞及未贴壁细胞,每3-4天全量换液1次;
传代:
待细胞达到80%~90%融合时,进行传代,贴壁细胞用PBS洗涤2次,再用含有0.25%胰蛋白酶和0.02%EDTA的细胞消化液于37℃消化30秒至1分钟,消化过程中,用倒置显微镜观察细胞消化情况,待细胞大部分胞体回缩、变圆,即加入少量血清终止消化;然后加适量PBS缓冲液,用吸管反复吹打使细胞绝大部分脱落后,将细胞悬液移入15ml离心管,1000rpm/min,离心5min,弃去上清,后用培养基制成细胞悬液,充分混匀后按1∶3比例传代培养,记为P1代;传代培养过程中每3-4天全量换液一次,贴壁细胞再次融合铺满瓶底后,重复上述操作,记为P2代,以此类推。
ERCs免疫表型鉴定
选取生长状态良好的第3代ERCs,弃去培养基,PBS洗涤2遍,消化离心后将细胞浓度调整为2×106/ml,每Eppendof管(一种离心管)加入100μL细胞悬液。采用直接法每管分别加入20μL鼠抗人PE-CD29、FITC-CD44、FITC-HLA-ABC、PerCP-CD45、FITC-HLA-DR、PE-CD34。对照管分别加入等量鼠抗人FITC-IgG1、PerCP-IgG1和PE-IgG1,室温下避光孵育30分钟,PBS洗涤2次,1300prm离心5分钟,充分混匀后进行流式检测。
ERCs增殖活力检测
取生长状态良好的P1,P3,P5ERCs,以0.25%胰酶+0.02%EDTA消化后,用ERCs培养基将ERCs浓度调整为2×104/ml的细胞悬液。每孔100ul接种于96孔板,置于37℃,5%CO2饱和湿度培养箱内培养,分别于细胞培养第1天,3天,5天,7天,9天检测细胞增殖活力,每个时间点设5个平行孔,测定前避光下每孔加入10ulCCK-8溶液,置于37℃、5%CO2培养箱中孵育2小时后使用多功能酶标仪在450nm波长处检测吸光度值(OD值),并根据测得OD值绘制细胞生长曲线。
ERCs的冻存与复苏
冻存:将体外扩增培养至第3代,生长状态良好的ERCs消化后收集细胞,以台盼蓝染色法评估细胞活性,用含10%DMSO和20%FBS的DMEM高糖培养基将细胞浓度调整为2×106/ml。充分混匀后,细胞悬液以1ml/管置于冻存管中,将冻存管放入程序性冻存盒于-80℃冰箱过夜,后将冻存管移入液氮罐中保存。
复苏:在液氮罐中取出冻存管并立即放入37℃的水浴箱中,1min内快速融化,待细胞悬液充分溶解后取出冻存管。75%的酒精消毒后,打开冻存管,用吸管将细胞悬液移入离心管并加入10倍以上培养液,混匀后1000rpm/min,离心5min,弃去上清后,重复洗涤一次。将细胞用培养基适度稀释后,以1×106/瓶接种T25培养瓶中于37℃,5%CO2饱和湿度培养箱内培养,次日更换一次培养基以去除残留DMSO。
结果如下:
ERCs形态学观察
原代ERCs培养24h后可零星见到单个梭形贴壁细胞,(如图2-1所示);培养72h后可见少量梭形和三角形贴壁细胞;全量换液去除未贴壁杂细胞及死细胞,换液培养3-4天后可见贴壁细胞呈单个分散或细胞集落生长,分布不均。单个细胞以梭形,三角形为主,夹杂少数多角形和星形细胞及圆形上皮细胞等杂细胞。随着培养时间的延长,成纤维细胞样细胞优势生长,上皮细胞样等杂细胞生长被相对抑制,细胞形态逐渐均匀。细胞培养两周后,原代细胞达80%-90%融合,可进行传代。传代后细胞6小时内即可贴壁,扩增能力较强,细胞多为梭形和三角形。细胞培养3天后细胞形态为均一梭形细胞,细胞培养5天后细胞达到80%融合。培养至10代后,细胞的增殖速度减慢,部分细胞体积变大,增殖能力降低。图2-2、2-3、2-4为选取生长状态良好,增殖力较强的第3代ERCs进行实验的细胞生长图。
ERCs免疫表型鉴定
流式鉴定结果显示:ERCs表现出CD29强阳性,CD44阳性,CD34,CD45,HLA-DR阴性,低表达HLA-ABC(表达率见下表)。表明ERCs同样表达MSCs特异性表面标记物,具有MSCs的表型特征,流式分析结果详见图3。
P3代ERCs细胞CD29,CD44,HLA-ABC,CD34,CD45,HLA-DR阳性表达率(x±s,n=3,%)
ERCs增殖活力检测
生长曲线结果表明,ERCs传代培养潜伏期约为3天,细胞增殖速度缓慢;接种第5天后进入对数生长期,细胞快速扩增;接种第7d左右开始进入平台期,细胞增殖能力逐渐下降;P1,P3,P5代及复苏后P3代(P3)ERCs增殖能力均无显著差异(见图4),细胞均具有良好的增殖活力。
本发明所述的ERCs及其培养上清均具有对同源及异源淋巴细胞的免疫调节作用,其试验的详细方法与步骤如下:
标本:外周血由健康志愿者提供,C57小鼠于郑州大学动物实验中心购买人外周血单个核淋巴细胞的分离
在15ml离心管中缓慢加入适量比重为1.077的淋巴细胞分离液,无菌状态下取新鲜肝素抗凝健康人静脉外周血10-15ml,用等量PBS充分混匀,用滴管将外周血沿管壁缓慢叠加于Ficoll分离液分层液面上,淋巴细胞分离液与稀释后的血液的体积比为1∶1;1800r/min水平离心20min;吸取白膜层,置入另一15ml离心管中,加入5倍以上体积的PBS缓冲液,充分混匀后1500r/min离心10min,重复洗涤细胞1次;末次离心后,弃上清,加入含有10%胎牛血清的RPMI1640培养基,重悬细胞,调整细胞浓度为1×106/ml备用。
小鼠脾单核淋巴细胞的分离
取材:将小鼠引颈处死,放入75%酒精中消毒。用手术剪在小鼠腹部剪一小口,从开口处向上剪,在胸腔处横剪,充分暴露小鼠腹腔。用镊子夹住脾脏下方结缔组织,拉开取出脾脏。将脾脏放入PBS缓冲液中,彻底除去其它结缔组织。
脾单核淋巴细胞制备:将灭菌后的培养皿放到冰块上,加入15ml PBS缓冲液,将脾脏放入含PBS缓冲液,在脾脏一侧开一小口,光滑面向上。然后用磨沙玻片一端固定脾脏,用另一玻片轻轻向外赶,直到脾脏发白为止,用移液器将细胞充分混匀后用滴管沿管壁缓慢叠加于Ficoll分离液分层液面上进行密度梯度离心,步骤同人外周血单核淋巴细胞的分离。
ERCs与同源及异源淋巴细胞直接共培养
接种:将培养至P3代生长状态良好的的ERCs消化,洗涤计数,将细胞浓度分别调整为1×105/ml(B、E组)、5×104/ml(C、F组)、2×104/ml(D、G组),充分混匀后按100ul/孔接种于96孔板。
去增殖:接种后于37℃,5%CO2孵箱内培养72h,待其充分贴壁后,每孔加入5ul丝裂霉素C(浓度为1ug/ul),37℃孵育30min,弃去上清,PBS洗涤一遍。
共培养:人外周血淋巴细胞(或小鼠脾淋巴细胞)以1×105/孔接种于丝裂霉素C处理后的ERCs上,并加入5ulPHA(浓度为1ug/ul)以刺激人外周血淋巴细胞(或小鼠脾淋巴细胞)转化增殖(B、C、D组)。E、F、G组加入等量不经PHA刺激的人外周血淋巴细胞(或小鼠脾淋巴细胞)。ERCs与淋巴细胞的数量比例分别为1∶10、1∶20、1∶50。
设对照:取相同细胞数量并经PHA刺激的人外周血淋巴细胞(或小鼠脾淋巴细胞)单独培养组为阳性对照(A组),在96孔培养板中同时以等细胞量不经PHA刺激的人外周血淋巴细胞(或小鼠脾淋巴细胞)单独培养组为阴性对照(H组)。以上每组设5个平行孔。96孔板最边缘孔加100ulPBS缓冲液,防止各实验组液体挥发。
检测:各组于37℃,5%CO2孵箱内培养72h后,避光下每孔加入10ulCCK-8溶液,37℃5%CO2孵育2h,用多功能酶标仪在450nm波长处测定各孔光吸收值(OD值)数据经统计软件处理,行配对t检验并计算WJCs对T淋巴细胞的增殖抑制率,增殖抑制率(%)=1-[B(C或D)-E(F或G)]/(D-A)×100%。
ERCs与同源及异源淋巴细胞间接共培养
取材:生长状态良好的第三代ERCs融合80%后,进行全量换液,低血清浓度培养48小时后收集培养上清。
共培养:分别用含10%FBS的RPMI 1640培养基、含有50%ERCs培养上清、含10%FBS的ERCs培养上清将人外周血淋巴细胞(或小鼠脾淋巴细胞)浓度调整为1×106/ml,以100ul/孔接种于96孔板,分别设为A组,B组,C组,A组为对照组。每组设5个平行孔,每孔加入5ul PHA(浓度为1ug/ul)以刺激人外周血淋巴细胞转化增殖。
检测:将96孔板置于37℃、5%CO2培养72h后,在450nm波长处使用多功能酶标仪检测各孔光吸收值(OD值)数据经统计软件处理,行配对t检验并计算ERCs培养上清对淋巴细胞的增殖抑制率。增殖抑制率(%)=(A-B或C)/Ax100%。ELISA检测ERCs培养上清中IFN-γ表达量变化
样品准备:将培养至P3代生长状态良好的ERCs消化,洗涤计数,将细胞以5×103接种于24孔板,细胞融合达80%后,每孔加入10ul丝裂霉素C(浓度为1ug/ul),37℃孵育30min,弃去上清,PBS洗涤二遍。人外周血淋巴细胞以2×105/孔接种于丝裂霉素C处理后的ERCs上,共培养48h后获取未贴壁细胞,充分洗涤后将其以2×105每孔接种于24孔板,加入10ul PHA(浓度为1ug/ul)(A组)。同等接种数量的ERCs单独培养组设为B组,经PHA刺激增殖的人外周血淋巴细胞单独培养组设为C组,各组培养24h后收集细胞上清备用。
试剂准备:
标准品配制:使用前每管中加入400ul蒸馏水溶解即可。
洗涤液:用重蒸水1∶20稀释。
底物工作液配制:显色前10分钟将OPD片放入底物稀释液中溶解,每片加液5ml。
实验步骤:
1、实验开始前20分钟将试剂盒从冰箱取出,以平衡至室温(20-25℃)
2、建立标准曲线:设8个标准孔,每孔各加入100ul样品稀释液,第一孔加标准品100ul,混匀后用加样器吸出100ul,移至第二孔。如此反复做倍比稀释至第七孔,最后,从第七孔中吸出100ul弃去,使各孔体积均为100ul。第八孔为空白对照。样品稀释时,均需混匀,混匀时尽量避免起泡。
3、加样:每孔分别加入100ul各组培养上清,每组设三个平行孔。
4、将反应板置于37℃,120分钟,弃去孔内液体,向滤纸上印干
5、洗板,每孔加200ul洗涤液,将反应板洗涤4-6次,每次浸泡2分钟,弃去洗涤液向滤纸上印干。
6、每孔加入第一抗体工作液50ul,将反应板充分混匀后置37℃,放置60分钟。
7、洗板:同步骤5。
8、每孔加入100ul酶标抗体工作液,将反应板置于37℃,放置60分钟。
9、洗板,同步骤5。
10、每孔加入100ul底物工作液,置37℃避光放置5-10分钟。
11、每孔加入50ul终止液,充分混匀后用多功能酶标仪在492nm处测吸光值。
结果计算与判断:以标准品1000、500、250、125、62.5、31.25、15.62、0pg/ml之OD值在半对数纸上作图,绘制标准曲线。将浓度作为X轴(对数轴),OD值作为Y轴(线性轴)。根据测得各组培养上清的OD值(测得OD值要减去空白对照孔OD值)在标准曲线上查出相应的IFN-γ含量。
结果如下:
ERCs对同源及异源淋巴细胞的增殖抑制作用
根据多功能酶标仪测得各组OD值,计算ERCs对PHA作用下的淋巴细胞增殖抑制率(n=3),结果显示,不同数量ERCs无论对PHA刺激下同源人外周血淋巴细胞或异源小鼠脾淋巴细胞均具有明显的的抑制作用(P<0.01);对异源小鼠脾淋巴细胞的抑制作用稍低于对同源人外周血淋巴细胞的抑制作用。如图5-1所示。
ERCs培养上清对同源及异源淋巴细胞的增殖抑制作用
根据多功能酶标仪测得各组OD值,计算ERCs培养上清对PHA作用下的淋巴细胞增殖抑制率(n=3),结果显示,ERCs培养上清同样可以抑制PHA刺激下的同源及异源淋巴细胞的增殖(P<0.05),对异源小鼠脾淋巴细胞的抑制作用同样稍低于对同源人外周血淋巴细胞的抑制作用。如图5-2所示。
ERCs对人外周血淋巴细胞IFN-γ的分泌的影响
ELISA对在ERCs存在有无的情况下PHA刺激的人外周血淋巴细胞培养上清及ERCs培养上清中的IFN-γ的含量进行了检测。结果显示:在有ERCs存在的情况下,与单纯PHA作用下人外周血淋巴细胞相比,人外周血淋巴细胞对细胞因子IFN-γ的分泌明显下降(P<0.01)。如图6所示(A:单独ERCs培养组,B:ERCs+人外周血淋巴细胞培养组,C:人外周血淋巴培养组)
Claims (2)
1.一种经血源性间充质干细胞分离培养,其特征在于:它包括下述步骤:
第一步:培养基的配制
每390ml DMEM高糖培养基加入100ml灭活后的胎牛血清、5ml 10000U/ml的青/链霉素及5ml 0.25mg/ml的两性霉素B,得到体积为500ml的培养基备用;
第二步:经血源性间充质干细胞的分离与培养
材料获取:
取月经血5ml,加入0.2ml 0.25mg/ml的两性霉素B、0.2ml青/链霉素,0.1mlEDTA-Na2防止病原微生物污染,在材料获取24-48h内进行下述细胞分离;
细胞分离:
在15ml离心管中缓慢加入5ml比重为1.077的淋巴细胞分离液,将经血与等量PBS缓冲液充分混匀后,用滴管沿管壁缓慢叠加于淋巴细胞分离液分层液面上,细胞悬液与分离液两者比例为1∶1或2∶1;2000rpm/min水平离心20min;离心后管内液体分为四层,上层为血浆和PBS缓冲液,下层主要为红细胞和粒细胞,中层为淋巴细胞分离液,在上、中层交界处有单核细胞层;用移液器吸取单核细胞层置入另一15ml离心管中,加入5倍以上体积的PBS缓冲液,1200rpm/min离心10min,洗涤两次;末次离心后,弃上清,用5ml培养基充分混匀后置于T25培养瓶中,于37℃、体积分数为5%CO2、饱和湿度培养箱卧式培养;
换液:
细胞培养三天后,将培养瓶取出,弃去其它类型杂细胞及未贴壁细胞,每3-4天全量换液1次;
传代:
待细胞达到80%~90%融合时,进行传代,贴壁细胞用PBS洗涤2次,再用含有0.25%胰蛋白酶和0.02%EDTA的细胞消化液于37℃消化30秒到1分钟,消化过程中,用倒置显微镜观察细胞消化情况,待细胞大部分胞体回缩、变圆,即加入少量血清终止消化;然后加适量PBS缓冲液,用吸管反复吹打使细胞绝大部分脱落后,将细胞悬液移入15ml离心管,1000r/min,离心5min,弃去上清,后用培养基制成细胞悬液,充分混匀后按1∶3比例传代培养,记为P1代;传代培养过程中每3-4天全量换液一次,贴壁细胞再次融合铺满瓶底后,重复上述操作,记为P2代,以此类推。
2.根据权利要求1所述的经血源性间充质干细胞的免疫调节作用,其特征在于:所述经血源性间充质干细胞及培养上清对同源及异源淋巴细胞具有免疫调节作用。
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