CN106243169A - Corylifol A糖基化衍生物及其制备方法和在抗肿瘤方面的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明以Corylifol A为底物,利用糖基转移酶(YjiC),将UDP‑glucose作为供体,通过体外酶法糖基化法制备出新型的Corylifol A糖基化衍生物,其结构通式如式(I)所示,其中R是氢或6‑羟甲基‑2,3,4,5四羟基‑四氢吡喃,并研究其理化性质,证明本发明的两种Corylifol A糖基化衍生物的水溶性分别比Corylifol A的水溶性增加26.91和15.13倍,并且对pH和温度具有较好的稳定性;而且两种CorylifolA糖基化衍生物在体内还具有良好的药代动力学参数,且毒性低,与目前临床所用的抗肿瘤药药物相比,具有很好的临床抗肿瘤药的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于药物化学技术领域,具体是Corylifol A糖基化衍生物及其制备方法和在抗肿瘤方面的应用。
背景技术
近年来,各种恶性肿瘤发病率在世界范围内呈上升趁势。在中国,恶性肿瘤发病率也正快速上升,恶性肿瘤已成为居民“第一杀手”。不断设计、合成及筛选出疗效显著、副作用小的抗肿瘤新药是人类与恶性肿瘤的较量中对抗肿瘤的必要“武器”。
中药补骨脂为豆科植物补骨脂(Psoralea corylifolia L.)的干燥成熟果实,性温、味辛,具有补肾壮阳、健脾胃等功效。研究表明,补骨脂中含有多种化学成分,主要包括补骨脂酚类、黄酮类、香豆素类等。其中,Corylifol A属于异黄酮类黄酮,是中药补骨脂中主要活性成分之一,Corylifol A的结构式如下:
现代药理研究表明,Corylifol A具有多种药理作用,如抗肿瘤、抗炎、抗菌、抗病毒、抗氧化等。Corylifol A结构特征上属于异黄酮类,其C环上有1个香叶草基(geranyl)取代,同时还具有2个酚羟基。据文献报道,黄酮被异戊烯基、香叶草基等取代后,可增加脂溶性和对生物膜的亲和力,以及靶蛋白的相互作用,从而影响了很多生理活性。但是Corylifol A与大多数黄酮一样,具有水溶性差的缺陷,使得其在开发应用上受到很大限制。
天然产物(来源于植物、微生物、动物)是新药研发中先导化合物的主要来源。天然产物的糖基化不仅增加化合物的结构多样性,而且在功能上这些糖分子参与了目标细胞的识别,提高水溶性,影响生物活性。如7β-xylosyl-10-deacetyl taxol(CAS:90332-63-1)及其衍生物在保留抗肿瘤活性的同时,显著地提高了其水溶性以及对肿瘤细胞的特异选择性。天然产物的糖基化可以影响药物的吸收、分布、代谢、排泄,而且降低药物的毒性。目前常用的糖基化途径有化学合成法、生物合成途径工程技术、生物转化技术和体外酶法糖基化反应(in vitro enzymatic glycosylation)等。虽然体外酶法糖基化反应具有令人满意的产率与选择性,但寻找一种具有底物特异选择性的糖基转移酶是关键。糖基转移酶是糖基化的天然产物生合成途径上重要的一种酶,其主要功能是催化供体上的糖转移到非糖体(aglycon)。
发明内容
本发明的目的在于提供一类Corylifol A糖基化衍生物及其制备方法和在抗肿瘤方面的应用,利用糖基转移酶(YjiC),将UDP-glucose作为供体,通过体外酶法糖基化法制备出新型的Corylifol A糖基化衍生物,并研究其理化性质,证明本发明的Corylifol A糖基化衍生物不仅具有较好的水溶性和稳定性,还具有显著的抗肿瘤作用,Corylifol A糖基化衍生物及其盐在制备治疗癌症药物中具有广阔的应用前景。
为实现上述目的,本发明提供了一类Corylifol A糖基化衍生物,具有如式(I)所示的结构通式:
其中R是氢(—H)或6-羟甲基-2,3,4,5四羟基-四氢吡喃
本发明的Corylifol A糖基化衍生物的制备方法,包括以下步骤:
(1)糖基转移酶(YjiC)的表达及精制:
通过聚合酶链反应得到Bacillus来源的YjiC基因,并定向克隆到pET28/-his载体上构建重组质粒pET302-YjiC,将重组质粒pET302-YjiC热激转化至大肠杆菌BL21(DE3)宿主上,并利用异丙基-β-D-硫代半乳糖苷优化重组质粒pET302-YjiC的表达条件。随后,采用Ni2+NTA树脂纯化,获得高纯度His-tag-YjiC;
(2)Corylifol A糖基化衍生物的制备:
将含25mmol pH值为9.6的Tris-HCl、1mmol MgCl2、25mg His-tag-YjiC、3mmolUDP-glucose和60mg Corylifol A的反应液50mL在30℃反应3小时;反应结束后,在100℃水浴加热5min,清除His-tag-YjiC的活性,再用乙酸乙酯对反应液进行萃取,获得乙酸乙酯提取物,乙酸乙酯提取物经半制备高效液相精制,获得Corylifol A糖基化衍生物。
本发明利用糖基转移酶(YjiC)对Corylifol A的特异选择性,将UDP-glucose作为供体,通过体外酶反应制备出新型的Corylifol A糖基化衍生物,且制备的Corylifol A糖基化衍生物不仅具有良好的水溶性和稳定性,还具有显著的抗肿瘤作用。
本发明还提供了Corylifol A糖基化衍生物在制备抗肿瘤药物中的应用,所述的肿瘤细胞为造血系统、内分泌系统、肺系统、肠胃系统、骨骼肌系统、生殖系统、中枢神经系统或泌尿系统部位的肿瘤细胞,特别是肝癌细胞、结肠癌细胞和乳腺癌细胞。
本发明的Corylifol A糖基化衍生物1和Corylifol A糖基化衍生物2的水溶性分别比Corylifol A(底物)的水溶性增加26.91和15.13倍,并且对pH和温度具有较好的稳定性;而且两种Corylifol A糖基化衍生物在体内还具有良好的药代动力学参数,且毒性低,与目前临床所用的抗肿瘤药物大相比,具有很好的临床抗肿瘤药的应用前景。
所述的Corylifol A糖基化衍生物被配制为用于口服或注射给药,剂型可以为液体制剂、片剂、颗粒剂、冲剂、胶丸剂、胶囊、缓释剂、滴丸剂或口崩制剂。
附图说明
图1是十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳分析重组蛋白YjiC的表达与精制。
图2是Corylifol A体外酶法糖基化反应的反应条件优化。
图3是Corylifol A糖基化衍生物1和Corylifol A糖基化衍生物2的稳定性柱状图。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明发明。
实施例1.Corylifol A糖基化衍生物1和Corylifol A糖基化衍生物2,结构式如下:
实施例2.Corylifol A糖基化衍生物1和Corylifol A糖基化衍生物2的制备方法:
1、Corylifol A的提取分离,结构鉴定:
(1)实验材料:
试剂:硅胶(Kieselegel 60,230~400目,美国Merk公司),薄层色谱板(硅胶60F254,美国Meck公司),所有试剂均为分析纯(天津市大茂化学试剂厂)。
仪器:Bruker ARX核磁共振仪(德国Bruker公司),JMS-HX/HX110A型质谱仪(日本JEOL公司),旋转蒸发仪(日本Eyele公司)。
(2)提取与分离:
中药补骨脂5.1kg用20L甲醇在室温条件下,用冷浸法提取两次,利用旋转蒸发仪将甲醇提取液进行浓缩,得甲醇浸膏770.5g;将甲醇浸膏溶于水中,依次用同等体积的正己烷、氯仿、乙酸乙酯与水萃取,其中获得氯仿部位浸膏217.8g;氯仿部位浸膏117.3g经硅胶柱色谱(70~230目),以氯仿-甲醇为流动相进行梯度洗脱,薄层色谱分析(TLC)检查后合并得8个组分A1~A8,其中组分A4(8.4g)经过反复使用300~400目硅胶柱色谱分离得到Corylifol A(247mg)。
(3)结构鉴定:
Corylifol A:ESI-MS m/z 391.2[M+H]+;1H NMR(600MHz,DMSO-d6):δ9.48(1H,s),8.25(1H,s),7.97(1H,d,J=8.8Hz),7.25(1H,d,J=2.0Hz),7.20(1H,dd,J=8.2,2.2Hz),6.94(1H,dd,J=8.8,2.2Hz),6.86(1H,d,J=2.2Hz),6.84(1H,d,J=8.2Hz),5.33(1H,t,J=7.0Hz),5.08(1H,t,J=6.8Hz),3.27(2H,d,J=7.2Hz),2.07(2H,dd,J=14.2,6.8Hz),2.04–1.97(2H,m),1.69(3H,s),1.58(3H,s),1.54(3H,s);13C NMR(150MHz,DMSO-d6)δ174.85,162.73,157.57,154.94,152.77,135.10,130.81,130.12,127.43,127.20,124.22,123.96,122.71,116.73,115.27,114.62,102.19,28.04,26.26,25.51,17.66,16.02。
2、糖基转移酶(YjiC)的表达与精制:
(1)实验材料:
仪器:PCR仪(日本TaKaRa公司)。
试剂:异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(美国Sigma公司),聚合酶链反应相关酶(日本TaKaRa公司)。
(2)YjiC的表达与精制:
通过聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)得到Bacillus来源的糖基转移酶(YjiC)基因,并定向克隆到pET28/-his载体上构建重组质粒pET302-YjiC。将重组质粒pET302-YjiC热激转化至大肠杆菌BL21(DE3)宿主,并利用诱导剂异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(isopropyl-β-D-1-thiogalactopyranoside,IPTG)优化重组质粒pET302-YjiC的表达条件,并采用Ni2+NTA树脂纯化,如十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳分析图所示,获得了高纯度His-tag糖基转移酶(YjiC)(见图1)。
3、体外酶法糖基化反应及其反应条件的优化:
(1)实验材料:
仪器:高效液相色谱仪(美国Dionex公司,P580泵,PDA-100检测器),液质联用色谱仪(美国Finnigan公司)。
试剂:乙腈、甲醇(美国Fisher公司),UDP-glucose(美国Sigma公司)。
(2)体外酶法糖基化反应:
体外酶法糖基化反应中,糖基转移酶YjiC对底物(Corylifol A)的选择特异性是整个反应的关键。本发明中,利用LC-MS对体外酶反应液进行分析,确定了YjiC对CorylifolA具有催化供体上的糖转移到底物上的功能。
具体反应条件为:将含25mmol pH值为9.6的Tris-HCl、1mmol MgCl2、0.5mg His-tag糖基转移酶、3mmol UDP-glucose和1mg Corylifol A的反应液1mL在30℃反应3小时,溶于一定体积的甲醇并将上清液利用HPLC进行分析:流动相(溶剂B:乙腈;溶剂A:水)、梯度洗脱(0~20分钟,20%~100%溶剂B;20~30分钟,100%溶剂B)流速(1mL/min)、检测波长为240nm;色谱柱为SunFireTM prep C18,4.6×150mm;以及LC-MS进行分析,同时检测出2个不同保留时间的峰,并且分子量分别增加,两分子葡萄糖分子量的715.4[M+H]+和一分子葡萄糖分子量的553.5[M+H]+离子峰。
(3)体外酶法糖基化反应条件的优化:
体外酶法糖基化反应中,除了酶对底物的选择特异性之外,其它反应条件也影响产物的产率,因此,本发明为了最大的提高反应产率,以糖基化产物转化率为指标,对反应条 件进行优化,如反应液的pH值、反应时间、UDP-glucose的浓度对转化率的影响,如图2所示。以糖基化产物转化率为指标,通过对各反应条件进行优化,最终寻找出了最佳的条件为:Tris-HCl的pH值为9.6、反应为3小时、UDP-glucose的浓度为3mmol,此时Corylifol A糖基化产物转化能力分别为:Corylifol A糖基化衍生物1为173.8mg/L,Corylifol A糖基化衍生物2为624.3mg/L。
4、Corylifol A糖基化衍生物的制备:
(1)实验材料:
仪器:半制备高效液相色谱仪(美国Waters公司),Bruker ARX核磁共振仪(德国Bruker公司),JMS-HX/HX110A型质谱仪(日本JEOL公司)。
试剂:乙腈、甲醇(美国Fisher公司)。
(2)方法:将含25mmol pH值为9.6的Tris-HCl、1mmol MgCl2、25mg His-tag糖基转移酶、3mmol UDP-glucose和60mg Corylifol A的反应液50mL在30℃反应3小时,待反应结束后,在100℃水浴加热5min,清除糖基转移酶的活性,再将反应液转移到分液漏斗中,加入同等体积的乙酸乙酯进行萃取,并获得乙酸乙酯提取物49mg。乙酸乙酯提取物经半制备高效液相精制(Waters 2535Q system;色谱柱为SunfireTM prep C18,10×250mm;流动相为40%乙腈;流速为4mL/min),获得5.2mg Corylifol A糖基化衍生物1和17.7mg CorylifolA糖基化衍生物2。
(3)结构鉴定:
Corylifol A糖基化衍生物1为白色固体;HRESI-MS m/z[M+H]+=715.2975,分子式为C37H47O14;1H NMR(600MHz,DMSO-d6):δ8.38(1H,s,H-2),8.03(1H,d,J=8.9Hz,H-5),7.52(2H,m,H-2',H-5'),7.23(1H,d,J=2.3Hz,H-8),7.15(2H,m,H-6,H-5'),5.34(1H,dd,J=7.4,6.3Hz,H-2”),5.10(1H,d,J=7.4Hz,H-1”'),5.07(1H,dd,J=8.7,3.4Hz,H-6”),4.83(1H,d,J=7.5Hz,H-1””),3.76(2H,m,H-6”',H-6””),3.54-3.37overlap,3.41(2H,dd,J=15.6,7.7Hz,H-1”),3.25(2H,m,H-5”',H-5””),2.05(2H,m,H-4”),1.99(2H,m,H-5”),1.68(3H,s,H-8”),1.55(3H,s,H-10”),1.52(3H,s,H-9”);13C NMR(150MHz,DMSO-d6)δ174.62(C-4),161.43(C-7),157.03(C-9),155.04(C-4'),153.64(C-2),135.35(C-3”),130.64(C-7”),129.93(C-2'),129.68(C-3'),127.43(C-6'),126.94(C-5),125.20(C-1'),124.11(C-6”),123.69(C-3),122.37(C-2”),118.45(C-10),115.59(C-5'),114.67(C-6),103.38(C-8),101.14(C-1””),99.96(C-1”'),77.19(C-5”'),77.07(C-5””),76.75(C-3”'),76.46(C-3””),73.42(C-2”'),73.12(C-2””),69.80(C-4”'),69.61(C-4””),60.78(C-6”'),60.61(C-6””),40.55(C-4”),27.74(C-1”),26.10(C-5”),23.37(C-8”),17.54(C-9”),15.89(C-10”)。根据波谱数据、文献综合解析,corylifol A 糖基化衍生物1的结构式为:
Corylifol A糖基化衍生物2为白色固体;HRESI-MS m/z[M+H]+=553.2443,分子式C31H36O9;1H NMR(600MHz,DMSO-d6):δ8.26(1H,s,H-2),7.93(1H,d,J=8.7Hz,H-5),7.29(2H,m,H-2',H-6'),7.12(1H,m,H-6),6.90(1H,m,H-5'),6.82(1H,s,H-8),5.34(1H,t,J=6.9Hz,H-2”),5.06(1H,m,H-6”),4.82(1H,d,J=7.5Hz,H-1”'),3.71(1H,m,H-6”'),3.57-3.37overlap,3.40(2H,dd,J=15.6,7.8Hz,-H-1”),2.06(2H,dd,J=14.7,7.0Hz,H-5”),1.98(2H,m,H-4”),1.67(3H,s,H-10”),1.55(3H,s,H-9”),1.52(3H,s,H-8”);13C NMR(150MHz,DMSO-d6)δ174.52(C-4),163.56(C-7),157.51(C-9),154.95(C-4'),152.93(C-2),135.33(C-3”),130.64(C-7”),129.89(C-2'),129.66(C-3'),127.41(C-6'),127.19(C-5),125.51(C-1'),124.11(C-6”),123.43(C-3),122.39(C-2”),116.33(C-10),115.38(C-5'),114.67(C-6),102.06(C-8),101.20(C-1”'),77.06(C-5”'),76.76(C-3”'),73.43(C-2”'),69.81(C-4”'),60.79(C-6”'),39.52(C-4”),27.73(C-1”),26.11(C-5”),25.36(C-9”),17.54(C-8”),15.88(C-10”)。根据波谱数据、文献综合解析,corylifol A糖基化衍生物2的结构式为:
实施例3.检测Corylifol A糖基化衍生物1和Corylifol A糖基化衍生物2的水溶性:
仪器:KQ 5200B超声仪(中国昆山超声仪器有限公司),离心机(意大利ALC公司),HPLC (美国Dionex公司)。
试剂:乙腈和甲醇(美国Fisher公司)。
方法:分别取足够量的Corylifol A糖基化衍生物1、Corylifol A糖基化衍生物2及Corylifol A,分别溶于装有400μL蒸馏水的1.5mL离心管中,并在室温条件下利用超声波辅助溶解,使其呈过饱和状态。超声波溶解30分钟后,再10000r/min离心20分钟,取上清液稀释至适当浓度,注入HPLC进行分析,并求算水溶液中化合物的浓度。
实验结果如表1所示:Corylifol A糖基化衍生物1和Corylifol A糖基化衍生物2的水溶性和其底物化合物(CorylifolA)相比有显著提高,分别是底物化合物的26.91倍和15.13倍。
表1 Corylifol A糖基化衍生物1和Corylifol A糖基化衍生物2的水溶性检测:
化合物 | 水中的溶解度(μmol/L) | 相对溶解度 |
Corylifol A糖基化衍生物1 | 228.38±13.07 | 26.91 |
Corylifol A糖基化衍生物2 | 128.45±1.68 | 15.13 |
Corylifol A | 8.49±0.58 | 1 |
实施例4.检测Corylifol A糖基化衍生物1和Corylifol A糖基化衍生物2对pH和温度的稳定性:
仪器:Mini Dry Bath(杭州米欧仪器有限公司)。
试剂:乙腈、甲醇(美国Fisher公司)。
方法:pH稳定性的测定:将Corylifol A糖基化衍生物1、Corylifol A糖基化衍生物2和底物(CorylifolA)分别溶于200μL不同pH(6.0、7.0、8.0、8.8、9.6、10.2)的Tris-HCl缓冲液中,在室温下反应0.5小时,并用HPLC直接检测。
温度稳定性的测定:将Corylifol A糖基化衍生物1、Corylifol A糖基化衍生物2和底物(CorylifolA)分别溶于200μL的Tris-HCl(取pH稳定性检测的最稳定的pH值)在不同温度下(40、60、80、100℃)置于Mini Dry Bath反应30分钟后,注入HPLC进行检测,并且与在室温条件下进行比较。
实验结果如图3所示,用降解率表示稳定性,Corylifol A经糖基化的修饰,在一定的pH和高温的条件下Corylifol A糖基化衍生物1和Corylifol A糖基化衍生物2比底物(Corylifol A)更加稳定,且Corylifol A糖基化衍生物1的稳定性更好。
实施例5.MTT法检测Corylifol A糖基化衍生物1和Corylifol A糖基化衍生物2对三种肿瘤细胞增殖的影响:
该实施例通过对人乳腺癌MCF-7细胞、人肝癌SMMC7721细胞、人结肠癌SW480细胞的杀伤作用进行效果评价。
(1)实验材料:
细胞株:人乳腺癌MCF-7细胞、人肝癌SMMC7721细胞、人结肠癌SW480细胞来源于美国American Type Culture Collection(ATCC)公司。
仪器:二氧化碳培养箱(美国SHELL LAB公司),多功能酶标仪(美国BioTek),倒置显微镜(日本OLYMPUS公司)。
试剂:噻唑蓝(MTT)购自美国Sigma公司;培养液、二甲基亚砜(DMSO)、0.25%胰蛋白酶、青霉素和链霉素购自Hyclone;96孔培养板购自Coming公司;胎牛血清购自美国Millipore公司。
(2)方法:
细胞培养:将人乳腺癌MCF-7细胞、人肝癌SMMC7721细胞、人结肠癌SW480细胞细胞接种于DMEM(含10%灭活胎牛血清,100IU/1青霉素,100μg/mL链霉素),置5%CO2,37℃,饱和湿度环境下培养并传代。
MTT法:取对数生长期的细胞,用0.25%胰蛋白酶消化制成单细胞悬液,接种于96孔板中,每孔100μL培养液中含有5000个细胞,于5%CO2饱和湿度37℃培养箱中培养。培养14小时后,按不同浓度处理化合物(同时设阳性对照组:格尔德霉素20μtmol/L),每个处理3个复孔,继续培养48小时后每孔加入10μL浓度为5g/L的MTT溶液继续孵育4小时,弃去培养液,每孔加入DMSO 150μL,37℃孵育30分钟,微量振荡器振荡10分钟使结晶物充分溶解,用酶标仪在570nm波长下检测每孔的吸光度(A)值,计算细胞存活率:细胞存活率/%=实验组A570nm/对照组A570nm×100%,绘制剂量效应曲线。以上实验重复3次。
(3)实验结果见表2,Corylifol A糖基化衍生物2在体外对多种肿瘤细胞具有一定的抑制其增殖的作用,IC50在114.5到146.3μmol/L之间。
表2Corylifol A糖基化衍生物1和Corylifol A糖基化衍生物2的细胞毒性(IC50,μmol/L,Mean±SD,n=3):
化合物 | MCF-7 | SMMC7721 | SW480 |
Corvlifol A | 58.2±4.20 | 64.6±0.74 | 51.2±4.17 |
Corylifol A糖基化衍生物1 | >200 | >200 | >200 |
Corylifol A糖基化衍生物2 | 146.3±1.05 | 125.7±1.58 | 114.5±2.28 |
Claims (7)
1.Corylifol A糖基化衍生物,其特征在于,具有如式(I)所示的结构通式:
其中R是氢或6-羟甲基-2,3,4,5四羟基-四氢吡喃。
2.如权利要求1所述的Corylifol A糖基化衍生物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)糖基转移酶的表达及精制:
通过聚合酶链反应得到Bacillus来源的糖基转移酶基因,并定向克隆到pET28/-his载体上构建重组质粒pET302-糖基转移酶,将重组质粒pET302-糖基转移酶热激转化至大肠杆菌BL21宿主上,并利用异丙基-β-D-硫代半乳糖苷优化重组质粒pET302-糖基转移酶的表达条件,随后,采用Ni2+NTA树脂纯化,获得高纯度His-tag糖基转移酶;
(2)Corylifol A糖基化衍生物的制备:
将含25mmol pH值为9.6的Tris-HCl、1mmol MgCl2、25mg His-tag糖基转移酶、3mmolUDP-glucose和60mg Corylifol A的反应液50mL在30℃反应3小时;反应结束后,在100℃水浴加热5min,清除糖基转移酶的活性,再用乙酸乙酯对反应液进行萃取,获得乙酸乙酯提取物,乙酸乙酯提取物经半制备高效液相精制,获得Corylifol A糖基化衍生物。
3.权利要求1所述的Corylifol A糖基化衍生物在制备抗肿瘤药物中的应用。
4.根据权利要求3所述的Corylifol A糖基化衍生物在制备抗肿瘤药物中的应用,其特征在于:所述的Corylifol A糖基化衍生物被配制为用于口服或注射给药。
5.根据权利要求3所述的Corylifol A糖基化衍生物在制备抗肿瘤药物中的应用,其特征在于:所述的肿瘤细胞是造血系统、内分泌系统、肺系统、肠胃系统、骨骼肌系统、生殖系统、中枢神经系统或泌尿系统部位的肿瘤细胞。
6.根据权利要求5所述的Corylifol A糖基化衍生物在制备抗肿瘤药物中的应用,其特征在于:所述的肿瘤细胞为肝癌细胞、结肠癌细胞和乳腺癌细胞。
7.权利要求4所述的Corylifol A糖基化衍生物在制备抗肿瘤药物中的应用,其特征在于:所述的Corylifol A糖基化衍生物及其盐被配制为液体制剂、片剂、颗粒剂、冲剂、胶丸剂、胶囊、缓释剂、滴丸剂或口崩制剂。
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