CN108796079A - 一种逆转录转座基因l1-fggy及其作为肺鳞癌标志物的用途 - Google Patents

一种逆转录转座基因l1-fggy及其作为肺鳞癌标志物的用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种逆转录转座基因L1‑FGGY及其作为肺鳞癌标志物的用途。所述逆转录转座基因L1‑FGGY的核酸序列为SEQ ID NO.1。所述逆转录转座基因L1‑FGGY的上游检测引物核酸序列为SEQ ID NO.2;下游检测引物核酸序列为SEQ ID NO.3。所述逆转录转座抑制剂奈韦拉平或依法韦仑可以抑制逆转录转座基因L1‑FGGY的表达水平,用于治疗肺鳞癌。本发明公开的L1‑FGGY逆转录转座基因可以作为一个新的肿瘤标志物,对L1‑FGGY的检测可以用以进行肺鳞癌的早期诊断、分子分型,以及预后评估,同时L1‑FGGY还可能成为一个潜在的治疗靶点,应用于肺鳞癌的临床治疗,具有广阔的应用前景。

Description

一种逆转录转座基因L1-FGGY及其作为肺鳞癌标志物的用途
技术领域
本发明涉及DNA重组技术,更具体地是一种逆转录转座基因 L1-FGGY及其作为肺鳞癌标志物的用途。
背景技术
肺癌是最常见的恶性肿瘤,目前在全世界范围内发病率及病死率均位居前列,5年生存率仅约15.6%,主要原因是约75%的患者在诊断时已是晚期肺癌,早期诊断的不足造成了肺癌患者的预后差。非小细胞肺癌(NSCLC)占肺癌的85%以上,主要包括肺腺癌、肺鳞癌和大细胞肺癌,其中肺鳞癌占NSCLC的30%左右。近年来,EGFR、ALK等肿瘤分子标志物的深入研究,大大促进了肺腺癌的分子诊断和靶向治疗。但是肺鳞癌中却缺乏有效的早期诊断和预后预测的分子标志物,这不仅影响肺鳞癌的早诊早治,也在一定程度上导致了肺鳞癌的临床疗效差强人意。目前相对肺腺癌,肺鳞癌的治疗手段非常少,只能依靠常规的放化疗。因此,针对肺鳞癌,依托目前快速发展的高通量基因检测和大数据分析技术,筛选可用于肺鳞癌的早期诊断、分子分型、预后评估和靶向治疗的基因标志物,同时探索有效的治疗方法及其适应症,对于肺鳞癌的精准诊疗具有至关重要的意义。
肿瘤是由细胞中多种基因突变积累所引起的疾病。近年来,随着测序技术的发展,多种基因变异形式,包括点突变、插入/缺失、拷贝数变异、基因重排均被发现可参与肺癌的发生和发展过程,其中多种罕见基因重排,比如ALK融合和ROS1融合,成为肺腺癌诊治的关键靶点,但在肺鳞癌中却鲜见这些融合基因标志物。融合基因,属于一种染色体重排的现象,是指两个或多个基因的编码区首尾相连,位于同一套调控序列(包括启动子、增强子、核糖体结合序列、终止子等)控制之下,构成的嵌合基因。虽然融合基因近年来得到越来越多的关注,但实际上融合基因并不是肿瘤中最常见的基因重排现象。本实验室前期工作发现,在肺鳞癌中存在另一种高频的染色体重排的现象,它发生重排的区域不是基因的编码区,而是非编码区,这种非编码区的染色体重排被称为逆转录转座(retrotransposition)。逆转录转座在人类基因组中广泛发生,致使人类基因组中产生散在分布的重复序列,这些重复序列构成了人类大约一半的基因组DNA。有文献证实逆转录转座存在于多种肿瘤组织中,如结肠癌、前列腺癌、卵巢癌和肝癌,其发生频率高,可能是一种潜在的肿瘤基因标志物。但由于逆转录转座缺乏有效的筛选手段,因此针对其作为基因标志物的研究一直迟滞不前。近年来,随着高通量基因检测和生物信息分析技术的提高,多种不同形式的逆转录转座子被鉴定出来,并逐渐阐明其与多种疾病的相关性。
逆转录转座被定义为通过转座元件将RNA中间体复制整合到基因组DNA的机制,主要包括3种类型:即长散布元件(LINE-1,也称为 L1),短散布元件(SINE)和长末端重复(LTR)。其中LINE-1是目前人体内存在的唯一具有自主转座活性的转座子,约占人类基因组的 17%。LINE-1通过RNA中间体自我复制,并插入整合到基因组中,从而导致遗传的不稳定性,并影响附近基因的表达。1988年,科学家首次意识到逆转录转座的病理作用,Kazazian等发现LINE-1序列的插入可导致A型血友病,目前已证实由LINE-1介导的遗传疾病已经有超过100 例的报道。研究显示,LINE-1的转座可以通过激活原癌基因或失活抑癌基因导致癌症发生。在乳腺导管腺癌中发现,LINE-1的转座能引起的 MYC癌基因的重排和扩增,导致癌症发生。在结肠癌中,LINE-1转座插入APC抑癌基因的最后一个外显子后使APC基因失活,最终导致癌症发生。这两个研究结果为LINE-1转座影响目的基因的表达和功能,从而导致肿瘤发生提供了直接的证据。虽然,LINE-1的复制和转座可导致包括肿瘤在内的基因疾病,但对于其对肺鳞癌发生发展的影响目前尚无报道。
发明内容
本发明为了解决上述问题,所提出一种逆转录转座基因L1-FGGY 及其作为肺鳞癌标志物的用途。
本发明是按照以下技术方案实现的。
一种作为肺鳞癌标志物的逆转录转座基因L1-FGGY,所述逆转录转座基因L1-FGGY的核酸序列为SEQ ID NO.1。
进一步的,所述逆转录转座基因L1-FGGY的上游检测引物核酸序列为SEQ IDNO.2;下游检测引物核酸序列为SEQ ID NO.3。
进一步的,逆转录转座抑制剂抑制逆转录转座基因L1-FGGY的表达水平,用于治疗肺鳞癌。
进一步的,所述逆转录转座抑制剂为奈韦拉平或依法韦仑。
一种逆转录转座基因L1-FGGY作为肺鳞癌标志物的应用。
进一步的,所述逆转录转座基因L1-FGGY的核酸序列为 SEQ ID NO.1。
进一步的,所述逆转录转座基因L1-FGGY的上游检测引物核酸序列为SEQ IDNO.2;下游检测引物核酸序列为SEQ ID NO.3。
进一步的,逆转录转座抑制剂抑制逆转录转座基因L1-FGGY的表达水平,用于治疗肺鳞癌。
进一步的,所述逆转录转座抑制剂为奈韦拉平或依法韦仑。
本发明获得了如下有益效果。
本发明通过细胞实验和动物实验发现L1-FGGY的高表达能够增加肺鳞癌细胞增殖和侵袭的能力,并且促进小鼠肺鳞癌的发生发展。同时,利用逆转录转座的抑制剂处理,证实了针对逆转录转座基因L1-FGGY 为靶点进行治疗的效果。本发明揭示L1-FGGY逆转录转座基因可能作为一个新的肿瘤标志物,对L1-FGGY的检测可以用以进行肺鳞癌的早期诊断、分子分型,以及预后评估,同时L1-FGGY还可能成为一个潜在的治疗靶点,应用于肺鳞癌的临床治疗。
附图说明
图1是本发明定量检测L1-FGGY逆转录转座基因在肺鳞癌和癌旁组织中的表达图;
图2是本发明在细胞水平上验证L1-FGGY逆转录转座基因的存在及其与肺癌发生的相关性图;
图3是本发明L1-FGGY逆转录转座基因的表达量与患者总生存之间的关系图;
图4是本发明逆转录转座基因L1-FGGY的表达量与肺鳞癌细胞增殖能力、侵袭潜能、凋亡数量的关系图;
图5是本发明奈韦拉平或依法韦仑对L1-FGGY表达水平、肺鳞癌细胞的增殖能力,细胞侵袭数量的影响图;
图6是本发明小鼠体内逆转录转座基因L1-FGGY的表达对肺鳞癌发生发展的影响图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
一、核酸序列
L1-FGGY逆转录转座基因序列:
二、实验方法
1.临床样本收集
本发明共收集来自于2004年10月至2006年10月期间,肺部肿瘤科就诊并接受部分肺切除手术治疗的肺鳞癌患者样本110例。在这110 例肺鳞癌细胞癌样本中,有52例是同时收集了其癌旁正常组织的。这些患者包括89名男性和20名女性,中位年龄为62岁(39-84岁)。这些患者都被确诊为肺鳞癌,临床分期为I期30例,II期34例,III期35 例,和IV期10例)。在进行肺切除手术前,未进行包括化疗或放疗在内的治疗。术后随访时间67-96个月。
2.PCR检测
(1)Trizol法提取总RNA
①收集的组织样本,加入适量的Trizol,吹打后移入无酶Eppendorf 管中。确保细胞完全裂解,液体基本澄清。
②将上述Eppendorf管室温静置5min,加入氯仿(200μl/1ml Trizol),上下颠倒混匀,室温静置10min,4℃,12000g,离心15min。
③小心吸取上层水相置于另一个新的无酶Eppendorf管中,加入等体积异丙醇,上下颠倒混匀,室温静置10min,4℃,12000g,离心10min。弃上清。
④用75%乙醇(1ml/1mlTrizol)洗沉淀,4℃,7500g,离心5min,弃上清,室温静置数分钟,使沉淀自然干燥。加入适量DEPC处理的 DDW使其溶解,-80℃保存备用。
⑤紫外分光光度法测定RNA的浓度和纯度;1%琼脂糖凝胶电泳检测RNA的完整性。
(2)反转录实验(20μl体系)
①配制如下反应体系,70℃,5min,然后立即置于冰上。体系如下:
Oligo-(dT)15primer(500μg/ml) 1μl
total RNA sample 1μg
Sterile water 补足到10μl
②在反应体系中加入以下试剂,置于PCR仪中,42℃,1h。
(3)普通PCR反应
PCR扩增反应体系:
上游检测引物:5’-CGC CTT GCA GTT TGA TCT CA-3’,下游检测引物:5’-TGT GGCCAG GTA GAG AAT GG-3’。
扩增条件:预变性94℃,5min,变性94℃,30s,退火30s,延伸 72℃,30s,35个循环,72℃延伸7min。根据预测的序列,通过Primer Premier 5.0设计检测逆转录转座基因的引物,并由Santa Cruz公司合成。用β-actin做为内参。PCR产物进行1.5%琼脂糖电泳。为了确认在PCR 反应中观察和检测的条带确实是最初预测的基因,本发明纯化了PCR产物并对其进行测序验证。
(4)实时荧光定量PCR反应
反应体系(20μl)如下:
反应条件:95℃,30sec;95℃,5sec;64℃,34sec;重复40个循环。每个反应设3个复孔。ABI PRISM 7500仪器自动生成CT值,ΔCT=CT目的基因-CTactin,mRNA的相对表达量为2-ΔCT
(5)高通量定量PCR
收集所有肺鳞癌样本,并提取总RNA,然后反转录成cDNA。然后,将纯化的cDNA送至上海微分基因技术有限公司,利用Smartchip芯片进行高通量定量PCR检测。
3.构建高表达L1-FGGY的细胞系
纯化PCR扩增得到的条带,作为模板,并重新设计带有酶切位点序列的引物(以BamHI和EcoRI为酶切位点设计克隆引物。上游引物:5’-CGCGGATCCCGCCCCTCCCCCAGCCTCGCTG-3’;下游引物:5’-CCGGAATTCTTAACCCACAAGAACGGACTCCACC-3’),进行二次 PCR。将得到的PCR产物与克隆载体(带有GFP-Puro标签的克隆载体) 使用相同的内切酶进行酶切反应。酶切产物经过纯化后,使用T4连接酶进行连接。连接产物转化进DH5α感受态细胞中进行扩增,在平板上挑取克隆,筛选鉴定阳性克隆。将构建好的阳性核心质粒送至上海汉恒公司进行慢病毒包装。
将细胞铺于6孔板中,每孔约3×105细胞,铺板时细胞的融合率为 50%左右,37℃,5%CO2培养24小时。将冻存在-80℃的病毒需要先在冰上融化后使用,备用。感染目的细胞:准备好病毒后,取出6孔板,观察细胞状态,细胞的融合率为70%,取其中1孔细胞用于细胞计数,计数结果为每孔内含5×105细胞。选生长状态最好的2个孔,吸取其内培养液。取慢病毒100μl,用完全培养基稀释10倍(MOI=30),分别加入这2孔中,每孔再加入ploybrene 8μg,轻摇混匀,37℃,5%CO2培养24小时后换液。48小时后,将培液完全更换为加有2ug/ml的puromycin的培液,约2天更换次培液,待细胞生长稳定之后,可以进行细胞传代,2代之后无需加puromycin培养,建系完成。细胞进行验证后用于下一步实验或-80℃保存。
4.细胞增殖
分别取生长状态良好的对数生长期的细胞,每孔按4×103个接种至 96孔板中,每组设置3个复孔,置于细胞培养箱中培养,待细胞贴壁后,弃上层培养基,每孔加入100μl新鲜配制的含10μl毒性检测液CCK-8 的培养液,置于培养箱中继续培养2h后,用酶标仪测波长为450nm的 OD值。实验重复3次,取实验结果的平均值作为最终实验结果。按公式计算生长抑制率=[(对照组OD-实验组OD)/对照组OD]×100%,以分组为横坐标,生长抑制率为纵坐标,绘制细胞生长抑制率柱状图。
5.细胞凋亡
使用Annexin-V-FITC检测所构建的不同细胞中的细胞凋亡。使用 Annexin-V-FITC凋亡检测试剂盒来测量细胞凋亡。收集细胞后,用PBS 洗涤细胞,并以1×106个细胞/ml的浓度重悬于结合缓冲液中。随后,将5μl Annexin-V和10μl PI加入到100μl细胞悬液中,并将混合物在黑暗中温育15分钟。使用流式细胞仪进行分析。实验至少重复3次。
6.细胞迁移
将所构建的不同细胞接种于6孔板中,24h后达到的密度。在单层细胞上用10μl移液枪头以直线划线以形成“划痕”。用PBS除去细胞碎片,并用新鲜培养基培养划完线的细胞。在0小时和划线48 小时后拍照,以测量划痕的距离。细胞迁移率=(0小时划痕距离-48小时划痕距离)/0小时划痕距离×100%。实验至少重复3次。
7.细胞侵袭
使用Matrigel胶和Trans-well板检测所构建的不同细胞的侵袭能力。将细胞以1×105个细胞的密度接种在Matrigel和100μl无血清 RPMI-1640中,接种到具有8μm孔径聚碳酸酯滤膜的24孔板Trans-well 系统的小室中,下室是含有10%FBS的培养基。细胞孵育48小时后,将膜下表面的细胞用甲醇固定,并用1%甲苯胺蓝染色。通过显微镜拍摄染色的膜并计数发生侵袭的细胞。实验至少重复3次。
8.动物实验
将处于对数生长期的不同细胞按5×105细胞/100μl/只,皮下接种 NOD/SCID小鼠(雌性,6~8周龄,18-22g)腹股沟部位,构建不同动物模型。每3天观察肿瘤生长情况,连续观察4-6周,比较对照组和实验组小鼠的成瘤率和成瘤时间,成瘤后每天测量肿瘤长短径,按照公式:肿瘤体积=πab2/6计算肿瘤大小(a为长径,b位短径),绘制小鼠肿瘤生长曲线。
三、实验结果
1.在前期研究中,本实验室利用TCGA数据库中RNA-seq的结果,在转录水平上分析了504例肺鳞癌组织中LINE-1的插入情况,发现超过1/3的肿瘤样本中存在有LINE-1插入的逆转录转座子。进而又对 L1-FGGY逆转录转座基因与肺癌发生的关系进行了检测。收取了52对肺鳞癌组织和其癌旁正常组织作为对照,抽提RNA后进行反转录,合成的cDNA通过高通量定量qPCR,定量检测L1-FGGY逆转录转座基因在肺鳞癌和癌旁组织中的表达。结果显示,L1-FGGY逆转录转座基因在肺鳞癌中的表达显著高于其癌旁对照组织(PCR扩增后获得长度为 220bp的片段即为目的基因)(图1)。
2.本发明又选取肺癌细胞系(肺腺癌细胞系A549、H1299、肺鳞癌细胞系H520、大细胞肺癌细胞系H460、小细胞肺癌细胞系H446),以及正常细胞系(人正常肺上皮细胞系BEAS-2B和人上皮细胞系 HEK293T)作为对照,利用RT-PCR和定量real-time qPCR分别检测 L1-FGGY逆转录转座基因在肺癌细胞系和正常细胞系中的表达。结果显示,L1-FGGY逆转录转座基因在不同细胞系中呈现不同的表达量(图 2A-B)。但是在2个正常细胞系(BEAS-2B和HEK293T)中的表达几乎未检测到,这表明L1-FGGY逆转录转座基因的表达与肺癌的发生有关。为了验证在PCR实验中观察的条带确实是最初所预测的基因序列,本发明纯化了PCR产物并对其进行测序。结果显示,L1-FGGY逆转录转座基因的测序结果与预测的基因序列完全匹配。这些结果在细胞水平上验证了L1-FGGY逆转录转座基因的存在,并表明其存在与肺癌的发生相关。
3.本发明还进行了L1-FGGY逆转录转座基因的表达与肺鳞癌患者性别、年龄、临床分期、TNM分期、淋巴结转移、转移灶、部位、肿瘤大小、吸烟指数,和KPS等临床病理指标相关性的研究。在110例肺鳞癌标本中检测了L1-FGGY逆转录转座基因的表达。根据高通量定量qPCR的结果,依据L1-FGGY逆转录转座基因表达量的中位数(2-ΔCt值大于中位数的样本被定义为高表达,2-ΔCt的值小于中位数的样本被定义为低表达),将样本分成2组,并分别分析这些临床参数。结果显示, L1-FGGY逆转录转座基因的表达量与患者T分期显著相关,L1-FGGY逆转录转座基因表达低的患者肿瘤体积较小,而L1-FGGY表达高的患者肿瘤体积较大(p<0.05)。同时,L1-FGGY表达低的患者发病部位多在肺组织中央,而L1-FGGY表达高的患者发病部位多在肺组织周围 (p<0.05);而且L1-FGGY表达高的患者中吸烟人数显著多于L1-FGGY 表达低的患者(p<0.05)。而L1-FGGY的表达量与性别、年龄、淋巴结转移、组织转移等临床指标无明显相关性(p>0.05)。
此外,本发明进一步分析了L1-FGGY逆转录转座基因的表达量与患者生存期之间的相关性。检测了每个肺鳞癌样本中L1-FGGY逆转录转座基因的表达,并按照L1-FGGY逆转录转座基因的表达量中位数将样本分成2组,然后分析它的表达量与患者总生存(OS)之间的关系。结果显示,L1-FGGY逆转录转座基因表达低的患者生存率较高,而 L1-FGGY表达高的患者生存率较低(图3),显示出了显著性的差异。以上这些前期数据都表明,L1-FGGY逆转录转座基因可能是肺鳞癌的一个潜在肿瘤标志物,与肺鳞癌的发生和发展相关,并影响肺鳞癌病人预后。
4.为了进一步研究L1-FGGY逆转录转座基因对于肺鳞癌发生发展的影响,本发明构建了高表达L1-FGGY的H520细胞(H520L1-FGGY),通过定量PCR检测高表达L1-FGGY的H520细胞中FGGY的表达明显升高(图4A),细胞增殖能力也明显增强(图4B)。并进行了细胞功能实验的检测,使用Annexin-V-FITC凋亡检测试剂盒来测量细胞凋亡,利用划痕实验检测细胞迁移能力,以及用Matrigel和Trans-well实验检测细胞侵袭能力。结果表明,逆转录转座基因L1-FGGY的高表达使肺鳞癌细胞凋亡数量减少(图4C),划痕修复能力增强(图4D),侵袭潜能提高(图4E)。
5.本发明又在细胞水平上,以逆转录转座基因L1-FGGY为治疗靶点,应用逆转录转座抑制剂奈韦拉平或依法韦仑进行处理,初步观察该方法的治疗效果。结果表明,加入药物后,明显抑制了L1-FGGY的表达水平(图5A),并且降低了肺鳞癌细胞的增殖能力(图5B),细胞凋亡数量增加(图5C),并降低了细胞的侵袭能力(图5)。
6.为了在体内验证L1-FGGY逆转录转座基因对于肺鳞癌发生发展的影响,本发明将处于对数生长期的对照肺鳞癌细胞系H520,以及构建的高表达L1-FGGY基因的H520细胞(H520CTRL和H520L1-FGGY),皮下接种NOD/SCID小鼠(雌性,6-8周龄,18-22g)腹股沟部位,构建不同动物模型。动物模型构建成功后,每3天观察肿瘤生长情况,连续观察4-6周,成瘤后每天测量肿瘤长短径,按照公式计算肿瘤大小,绘制小鼠肿瘤生长曲线和小鼠生存曲线。通过比较对照组和实验组小鼠的体重、成瘤率、成瘤时间和成瘤大小,发现接种H520L1-FGGY细胞的小鼠与对照小鼠的体重没有明显差异,但接种H520L1-FGGY细胞的小鼠成瘤时间较对照组短,成瘤体积也显著大于对照组(图6)。
序列表
<110> 天津医科大学肿瘤医院
<120> 一种逆转录转座基因L1-FGGY及其作为肺鳞癌标志物的用途
<160> 3
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 426
<212> DNA
<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
<400> 1
cgcccctccc ccagcctcgc tgccgccttg cagtttgatc tcagactgct gtgctagcaa 60
tcagcgagat tccgtgggcg taggaccctc ggagccaggt gtgggatata gtctcgtggt 120
gcgccgtttc ttaagccggt ctgaaaagcg caatattcgg gtgggagtga cccgattttc 180
caggtcaccg gattgaaact gtctcaggac cttgatgatc ttgccattct ctacctggcc 240
acagttcaag ccattgcttt ggggactcgc ttcattatag aagccatgga ggcagcaggg 300
cactcaatca gtactctttt cctatgtgga ggcctcagca agaatcccct ttttgtgcaa 360
atgcatgcgg acattactgg catgcctgtg gtcctgtcgc aagaggtgga gtccgttctt 420
gtgggt 426
<210> 2
<211> 20
<212> DNA
<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
<400> 2
cgccttgcag tttgatctca 20
<210> 3
<211> 20
<212> DNA
<213> 2 Ambystoma laterale x Ambystoma jeffersonianum
<400> 3
tgtggccagg tagagaatgg 20

Claims (9)

1.一种作为肺鳞癌标志物的逆转录转座基因L1-FGGY,其特征在于:所述逆转录转座基因L1-FGGY的核酸序列为SEQ ID NO.1。
2.根据权利要求1所述的一种作为肺鳞癌标志物的逆转录转座基因L1-FGG,其特征在于:所述逆转录转座基因L1-FGGY的上游检测引物核酸序列为SEQ ID NO.2;下游检测引物核酸序列为SEQ ID NO.3。
3.根据权利要求1所述的一种作为肺鳞癌标志物的逆转录转座基因L1-FGG,其特征在于:逆转录转座抑制剂抑制逆转录转座基因L1-FGGY的表达水平,用于治疗肺鳞癌。
4.根据权利要求3所述的一种作为肺鳞癌标志物的逆转录转座基因L1-FGG,其特征在于:所述逆转录转座抑制剂为奈韦拉平或依法韦仑。
5.一种逆转录转座基因L1-FGGY作为肺鳞癌标志物的应用。
6.根据权利要求5所述的一种逆转录转座基因L1-FGGY作为肺鳞癌标志物的应用,其特征在于:所述逆转录转座基因L1-FGGY的核酸序列为SEQ ID NO.1。
7.根据权利要求5所述的一种逆转录转座基因L1-FGGY作为肺鳞癌标志物的应用,其特征在于:所述逆转录转座基因L1-FGGY的上游检测引物核酸序列为SEQ ID NO.2;下游检测引物核酸序列为SEQ ID NO.3。
8.根据权利要求5所述的一种逆转录转座基因L1-FGGY作为肺鳞癌标志物的应用,其特征在于:逆转录转座抑制剂抑制逆转录转座基因L1-FGGY的表达水平,用于治疗肺鳞癌。
9.根据权利要求8所述的一种逆转录转座基因L1-FGGY作为肺鳞癌标志物的应用,其特征在于:所述逆转录转座抑制剂为奈韦拉平或依法韦仑。
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