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衰老與長壽
黃必錄-征服衰老
衰老與長壽
各種衰老理論與返老還童方案的可行性分析
來自專欄衰老生物學(xué)
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關(guān)于衰老理論,有300多種,幾乎每個理論都會產(chǎn)生一種抗衰老方法,但是,大部分理論都是錯誤的,結(jié)果到目前為止,全世界沒有一種方法能成功讓人返老還童或大幅度延長壽命。我的任務(wù)是通過理論分析,把錯誤的理論和方法排除掉,讓我們少走彎路,減少無謂的浪費,因為畢竟我們時間和資金是有限的,耗不起。
很多所謂的永生方案都不具備可行性,無論投入多少研發(fā)資金與畢生精力,都不會實現(xiàn),是個無底洞。
冷凍目前只能在細(xì)胞或皮膚組織中實現(xiàn)冷凍與復(fù)活,在器官水平上沒有成功報道,人體水平上難度更大。主要原因是冷凍過程水會產(chǎn)生冰晶,導(dǎo)致細(xì)胞死亡,如果以非常快的速度降溫,就不會產(chǎn)生冰晶,稱玻璃態(tài)冰。但是,人體的體積太大,外部能夠快速降溫,內(nèi)部卻無法快速降溫。升溫過程也是如此。
防凍液雖然可以滲入細(xì)胞內(nèi),但還是要快速度降溫才能抑制冰晶產(chǎn)生,但器官體積太大,外表細(xì)胞能夠快速降溫,但內(nèi)部細(xì)胞還是無法快速降溫。雖然防凍液濃度越高,越容易產(chǎn)生玻璃態(tài)冰,但防凍液濃度太高對細(xì)胞有毒害作用。
大腦植入機(jī)器方案也是不具備可行性,因為大腦本身會衰老,此外,大腦需要很多生化活性因子支撐,非常復(fù)雜,人類機(jī)器目前根本上做不到。
人頭移植也不具備可行性,因為免疫排斥會讓大腦衰竭死亡。即使采用克隆人軀體也不行,因為體細(xì)胞DNA也能突變,經(jīng)過克隆過程也會再增加突變,胚胎發(fā)育早中期還沒形成特異性的免疫系統(tǒng),也會再增加突變。例如,2011年5月13日在《自然》雜志的一篇文章報道:“重編程細(xì)胞同源移植也會排斥”,美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究者把小鼠體細(xì)胞重編程的iPS細(xì)胞分化的成體細(xì)胞移植到細(xì)胞來源的小鼠體內(nèi),本來以為遺傳背景相同不會發(fā)生排斥,可小鼠卻快速排斥移植來的細(xì)胞。因此,克隆人也有可能會排異。
意識思想復(fù)制上傳電腦永生方案,這是包括谷歌在內(nèi)的很多人的設(shè)想,也是不具備可行性,因為復(fù)制100個你的意識也不是你,而是會變成100個別人。類似方案還有克隆轉(zhuǎn)憶人,即意識拷貝到克隆人的大腦中。此外,關(guān)于意識的本質(zhì)已經(jīng)爭議了一百多年,目前連意識的本質(zhì)是什么都不清楚,以及大腦是如何存儲記憶與提取記憶的也不清楚,說什么意識記憶拷貝上傳電腦之類的還是屬于幻想。此外,所謂的意識,就是指大腦對客觀世界的體驗。比如,大腦能感覺到手里傳來的疼痛冷熱的物理信號,這就是體驗,而目前還沒辦法讓電腦產(chǎn)生體驗。
動物可以休眠,但人類要實現(xiàn)休眠是非常難的,因為動物休眠與不休眠相比,涉及到很多基因表達(dá)的改變,人類基因組不具備這種功能。
基因抗衰老方案也不具備可行性,因為人體衰老過程,是生理生化不斷變化的過程,而衰老過程這些所謂的與衰老有關(guān)的衰老基因或長壽基因的排列、拷貝數(shù)都沒有發(fā)生任何變化,因此,衰老現(xiàn)象不是基因出問題?;騼H僅只是影響衰老快慢的眾多因素之一。
有人設(shè)想用納米機(jī)器修復(fù)細(xì)胞損傷,代替免疫系統(tǒng),這是行不通的,因為修復(fù)損傷過程需要識別何處損傷,損傷類型,這需要有足夠的智能,但納米機(jī)器太小,根本裝不下微電路,故不可能具備智能,此外,納米機(jī)器根本無法在充滿蛋白質(zhì)等物質(zhì)的堅實的組織細(xì)胞中移動。
抗衰老藥也是沒有的,因為人類已經(jīng)有意無意地嘗試過人工和自然的無數(shù)化合物,沒有發(fā)現(xiàn)一種行之有效的延壽藥物。細(xì)胞也已進(jìn)化出對抗性,因此將來也不會發(fā)現(xiàn)抗衰老藥。市售的白藜蘆醇、花青素、TA-65、羊胎素、酵素、膠原蛋白等等全是騙局。
衰老過程,表觀遺傳學(xué)也會發(fā)生不斷變化,即DNA甲基化增減為特征的表觀遺傳學(xué)漂移,由于小鼠衰老比猴子快,因此,小鼠身上表觀遺傳學(xué)漂移比在猴子身上更快。有一部分科學(xué)家認(rèn)為,表觀遺傳學(xué)漂變是導(dǎo)致衰老的原因,我認(rèn)為這個理論也是錯誤的,因為表觀遺傳學(xué)漂變只是衰老過程調(diào)控基因程序表達(dá)過程的調(diào)控方式,而非衰老原因。例如,在常用來研究發(fā)育與衰老的秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)等少數(shù)動物中并不存在DNA胞嘧啶甲基化現(xiàn)象,說明表觀遺傳漂變不是造成衰老的原因。
衰老過程表觀遺傳學(xué)漂變是由端??s短引發(fā)的次生現(xiàn)象,是可逆轉(zhuǎn)的。如果端粒長度恢復(fù)或端粒酶活性上升,因衰老導(dǎo)致的DNA甲基化水平下降也會重新上升到相應(yīng)水平。例如,SV40病毒及大T抗原轉(zhuǎn)染細(xì)胞,以及抑癌基因失活或癌基因活化,都會激活端粒酶,DNA甲基化水平會重新上升(Matsumura等人,1989)。端粒酶能上調(diào)DNA 5-甲基胞嘧啶轉(zhuǎn)移酶I,因此對表觀遺傳學(xué)狀態(tài)有上調(diào)作用(Young等,2003)。
抗氧化清除自由基方案也是不具備可行性的,因為衰老自由基學(xué)說本身是錯誤的。實驗也推翻了衰老的自由基學(xué)說,依據(jù)有:(1)1960,Harman實驗發(fā)現(xiàn)自由基清除劑并不能延長動物的最高壽命;(2)英國科學(xué)家把能夠清除自由基的酶的基因?qū)肱囵B(yǎng)的細(xì)胞,細(xì)胞的壽命并沒有因此而延長;(3)2014年5月,刊登在國際頂級雜志Cell上的一篇研究論文中,來自加拿大麥基爾大學(xué)的科學(xué)家通過研究揭示了自由基促進(jìn)實驗?zāi)J絼游?秀麗隱桿線蟲長壽的分子機(jī)制,讓研究者驚訝的是,他們發(fā)現(xiàn)自由基或者說氧化劑,會增強(qiáng)細(xì)胞的防御力,并且會增加細(xì)胞的壽命。Siegfried Hekimi博士表示,人們認(rèn)為自由基可以損傷細(xì)胞促進(jìn)衰老,但是這種名為自由基衰老的理論并不是正確的,我們的研究就表明在機(jī)體衰老過程中自由基的產(chǎn)生是增加的,實際上自由基可以和老化作斗爭,在研究模型中研究者可以提高模型細(xì)胞中自由基的產(chǎn)生并且大幅誘導(dǎo)細(xì)胞長壽。 這項研究具有重要的意義,揭示自由基具有促長壽效應(yīng)對于揭示其對人體的有益作用提供了一定的研究數(shù)據(jù),而且細(xì)胞凋亡的信號也可以被用于刺激這種機(jī)制的產(chǎn)生,進(jìn)而減緩機(jī)體的衰老;(4)2015年8月,加州的衰老研究中心本月表示,自由基實際上對皮膚愈合及50歲以下人的健康再生功能都有至關(guān)重要的作用??茖W(xué)家們給小鼠注入了過量的自由基,希望看到皮膚快速老化、出現(xiàn)褶皺,結(jié)果事實卻正好相反,小鼠的皮膚竟然變得更好了;(5)裸鼴鼠自由基水平比小鼠高,壽命是反而是小鼠的10倍;(6)2016年5月,由日本理化學(xué)研究所凌楓專任研究員、國立精神神經(jīng)醫(yī)療研究中心后藤雄一中心長領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組發(fā)現(xiàn),對線粒體疾病患者異質(zhì)性狀態(tài)的細(xì)胞注入適量的雙氧水,使其產(chǎn)生活性氧(ROS)然后觀察mtDNA,發(fā)現(xiàn)mtDNA從一個復(fù)制點開始發(fā)生連續(xù)的滾環(huán)式復(fù)制,多數(shù)線粒體基因在直鏈上形成聯(lián)體。這些細(xì)胞在分裂過程中,從少數(shù)的模型形成多數(shù)子細(xì)胞時內(nèi)容被拷貝繼承,引起線粒體基因的“不平等分配”,從而消除了正常型與變異型混在狀況,恢復(fù)同質(zhì)性狀態(tài)。
幾十年前就有人實驗發(fā)現(xiàn),老麻雀與小麻雀血液循環(huán)共生一段時間,小麻雀迅速衰老,老麻雀卻沒變年輕。因此,很明顯年輕血液不會讓衰老動物返老還童。2016年7月份,來自加州伯克利大學(xué)的副教授Irina Conboy也發(fā)現(xiàn),血液循環(huán)共生的年輕小鼠衰老了,老年小鼠卻沒有變年輕,再次驗證了上述麻雀血液循環(huán)共生實驗,論文發(fā)表在《自然 通訊》雜志上?,F(xiàn)在血液共生用的動物就是自交系的,基因相似性很高,和克隆人是一樣的,沒有或很少會發(fā)生免疫排斥,據(jù)此我認(rèn)為,即使從克隆人抽取血液也沒有返老還童作用。
也有人根據(jù)年齡越大線粒體DNA突變率越高的事實認(rèn)為,細(xì)胞衰老是線粒體突變造成的,這就是衰老的線粒體學(xué)說,這個學(xué)說也是錯誤的,理由是:(1)2014年,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),神經(jīng)元內(nèi)損傷的線粒體會選擇性排到細(xì)胞外,然后被星形膠質(zhì)細(xì)胞攝取后被處理掉;(2)2012年有研究發(fā)現(xiàn)骨髓干細(xì)胞能給損傷后肺細(xì)胞提供健康線粒體;(3)1998年,我發(fā)表在“燕京醫(yī)學(xué)通訊”上的《衰老的機(jī)理意義及治療》的文章,我就提出,線粒體DNA突變不是導(dǎo)致人體衰老的原因,因為在年輕人的細(xì)胞中,突變的線粒體DNA是不會累積的。已找到證據(jù):2007年,華盛頓大學(xué)科學(xué)家證明,線粒體DNA突變不會引起小鼠早衰;此外,在1997年,有人發(fā)現(xiàn),在復(fù)制旺盛的干細(xì)胞中,突變的線粒體DNA會發(fā)生復(fù)制分離(replicative segregation)現(xiàn)象,使突變的DNA逐漸減少。2015,whitehead研究所科學(xué)家發(fā)現(xiàn),干細(xì)胞分化過程線粒體的不對稱分配。把缺陷的線粒體多分配給子細(xì)胞的祖細(xì)胞,把正常的線粒體多分配給子細(xì)胞的干細(xì)胞,以保持干細(xì)胞的健康;(4)我于2000年3月12日寫的《細(xì)胞衰老決定因素的判明》(未發(fā)表)的文章,有一段我推測細(xì)胞可能會通過自噬來清除異常的線粒體,原文是這樣的:“我認(rèn)為,一個細(xì)胞內(nèi)某個線粒體mtDNA 突變到一定閾值時,生成的ATP會減少,這個線粒會出現(xiàn)腫脹等變化, 這些破損的線粒體就會被細(xì)胞內(nèi)的溶酶體識別并吞噬和溶解,成為細(xì)胞的營養(yǎng),這個過程叫自體吞噬(autophagy)。吞噬掉的線粒體會被新生的線粒體替代。 但衰老的細(xì)胞這種識別功能會衰退,以致不正常的線粒體積累。變異的mtDNA 合成的異常蛋白”。發(fā)表于2016年11月14日的Nature Communications雜志的論文這證明了我十幾年前的推測是正確的:來自加州理工學(xué)院和加州大學(xué)洛杉磯分校的研究小組發(fā)現(xiàn),細(xì)胞自噬可以選擇性清除掉果蠅肌肉中含有突變的mtDNA的線粒體;(5)日本筑波大學(xué)科學(xué)家發(fā)現(xiàn),重編程細(xì)胞可以選擇性除掉突變的mtDNA,他們得出了與衰老有關(guān)的線粒體缺陷并非由線粒體DNA突變累積控制的,而是受限于另外一種形式的基因調(diào)控,該研究結(jié)果于2015年6月發(fā)布在 Scientific Reports雜志上;(6)2016年5月,由日本理化學(xué)研究所凌楓專任研究員、國立精神神經(jīng)醫(yī)療研究中心后藤雄一中心長領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組發(fā)現(xiàn),對線粒體疾病患者異質(zhì)性狀態(tài)的細(xì)胞注入適量的雙氧水,使其產(chǎn)生活性氧(ROS)然后觀察mtDNA,發(fā)現(xiàn)mtDNA從一個復(fù)制點開始發(fā)生連續(xù)的滾環(huán)式復(fù)制,多數(shù)線粒體基因在直鏈上形成聯(lián)體。這些細(xì)胞在分裂過程中,從少數(shù)的模型形成多數(shù)子細(xì)胞時內(nèi)容被拷貝繼承,引起線粒體基因的“不平等分配”,從而消除了正常型與變異型混在狀況,恢復(fù)同質(zhì)性狀態(tài);(7)線粒體分布在細(xì)胞質(zhì),隨著年齡增長,突變的線粒體DNA會越積越多,因此,很多科學(xué)家相信,細(xì)胞衰老是線粒體突變累積造成的。如果衰老是線粒體突變累積導(dǎo)致的,那么,把衰老的細(xì)胞的細(xì)胞核置換成年輕細(xì)胞的細(xì)胞核也是無法逆轉(zhuǎn)衰老的。但是,在上個世紀(jì)60年代,Wirget和Hayflick把衰老的細(xì)胞的細(xì)胞核置換成年輕細(xì)胞的細(xì)胞核,結(jié)果是衰老的細(xì)胞恢了年輕的狀態(tài),恢復(fù)了分裂。據(jù)此我可以說,衰老的線粒體學(xué)說是百分百錯誤的;(8)加州大學(xué)洛杉磯分校的Anil Rana發(fā)現(xiàn)果蠅和小鼠體內(nèi)Drp1蛋白能夠清除異常的線粒體,Drp1基因表達(dá)水平會隨著年齡的增長而逐漸降低,是導(dǎo)致異常線粒體積累的原因。詳細(xì)內(nèi)容于2017年9月6日發(fā)表在《自然通訊》上。
人體有完善的防止基因突變的細(xì)胞積累的防御系統(tǒng),所先基因突變時會啟動DNA修復(fù)系統(tǒng),修不好的會啟動細(xì)胞凋亡系統(tǒng),少數(shù)修不好又不會凋亡的漏網(wǎng)細(xì)胞,最終會由免疫系統(tǒng)清除掉。
蛋白氧化損傷的最初產(chǎn)物是羰基化,羰基化蛋白聚合物(aggregates)會在細(xì)胞中積聚。湖南師范大學(xué)的印大中教授據(jù)此提出廣義衰老學(xué)說,認(rèn)為不可降解的羰基化生物大分子是衰老的源頭。
印大中教授認(rèn)為,蛋白質(zhì)糖基羰基化交聯(lián)的積累是導(dǎo)致衰老的原因,這個理論也是錯誤的,因為在動物和細(xì)菌細(xì)胞中,細(xì)胞內(nèi)有一個異常蛋白質(zhì)分解功能,稱為一種細(xì)胞的“衛(wèi)生系統(tǒng)”。能迅速分解因基因突變、自發(fā)變性、或經(jīng)酶的化學(xué)修飾、自由基損害而產(chǎn)生的異常蛋白質(zhì)。例如,血紅蛋白是生物體最穩(wěn)定的蛋白質(zhì)之一,然而,異常的血紅蛋白半壽期只有10幾分鐘,比正常血紅蛋白降解快1000倍。-摘自生物化學(xué).下冊.(美)杰弗里.佐貝主編,257頁。
在單細(xì)胞酵母中,酵母為了保持后代年輕,通過胞質(zhì)不均等分離,老酵母把羰基化蛋白保留在自身細(xì)胞中,而避免子代細(xì)胞存在毒性蛋白,從而延長壽命(Science,2003, 299:1751. Science, 2011, 332:1554)。在多細(xì)胞的線蟲中,2010年已經(jīng)有人報道了羰基化蛋白在生殖過程中會被清除(GoudeauJ, et al. Aging cell, 2010,9:991);2017年11月30日出版的《自然》雜志報道:線蟲生殖細(xì)胞受精后,精子可通過激活溶酶體,降解羰基化蛋白。
脂褐素是老年斑的成份,曾經(jīng)認(rèn)為脂褐素是非常穩(wěn)定的,無法降解的,有一個衰老學(xué)說叫脂褐素積累衰老學(xué)說,這個衰老學(xué)說也是錯誤的,因為,在1973年,Tappel發(fā)現(xiàn),用含有維生素E的飼料喂養(yǎng)成年老鼠1年,發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元脂褐素確定少見了,但死亡率未見減少(許士凱主編,抗衰老藥物學(xué),第256頁),說明脂褐素這種曾被認(rèn)為非常頑固的垃圾也是可以清除的,清除掉脂褐素也不能阻止衰老進(jìn)程。
免疫系統(tǒng)已經(jīng)從小到大不停地清除衰老細(xì)胞,為何我們還是照樣衰老死亡?為何衰老細(xì)胞越清越多?唯一的答案就是衰老細(xì)胞的堆積不是導(dǎo)致個體衰老的原因,而是細(xì)胞本身內(nèi)在衰老的結(jié)果。這就是清除衰老細(xì)胞的方案還沒有發(fā)現(xiàn)能夠延長小鼠的最高壽命作用,因為清除掉衰老細(xì)胞,組織周圍細(xì)胞會分裂填補(bǔ)上去,細(xì)胞分裂結(jié)果是端??s短,最終還是衰老細(xì)胞越來越多,因此,不用說返老還童了,連最高壽命都無法延長。而清除衰老細(xì)胞產(chǎn)生的平均壽命延長是因為小鼠更健康取得的。就象用抗生素通過降低動物死亡率才能延長動物平均壽命是一樣。
1998年我發(fā)表的論文提出個體衰老是成體干細(xì)胞減少造成的,干細(xì)胞減少原因是端粒等重復(fù)DNA拷貝數(shù)減少造成的。
2007年,英國科學(xué)家Anastasia也在《自然》雜志撰文指出,個體衰老是成體干細(xì)胞數(shù)量減少造成的,干細(xì)胞減少的原因是DNA突變累積。英國科學(xué)家的理論肯定是錯誤的,因為來自Nature雜志2010年08月12日發(fā)表的文章:冷泉港實驗室Enikolopov說,給小鼠注射生長激素增會加間充質(zhì)干細(xì)胞的數(shù)目和導(dǎo)致造血干細(xì)胞數(shù)目雙倍增長。然而,Rudman對老年個體生長激素補(bǔ)充實驗發(fā)現(xiàn),生長激素可使60-80歲老人肌肉增加皮膚變厚,年輕10-20歲,但跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn),長期補(bǔ)充生長激素的老人,壽命不但沒有延長,反而衰老加速了。相反,Enikolopov給小鼠注射生長激素抑制蛋白,間充質(zhì)干細(xì)胞和造血干細(xì)胞數(shù)目下降。更致命的是,美國南伊利諾斯大學(xué)研究人員Andrzej Bartke在實驗室培育一只生長激素受體基因敲除老鼠,活了1819天,而一般小鼠極限壽命只有3年,延長了2/3壽命。這些至少都說明了增加組織中的干細(xì)胞數(shù)量不會延長壽命,減少組織中的干細(xì)胞數(shù)量也不會縮短壽命,或者說個體衰老與組織中的干細(xì)胞數(shù)量多少無關(guān)。但他的論文是發(fā)表在國際頂級雜志上,因此,現(xiàn)在就有很多干細(xì)胞抗衰老,干細(xì)胞美容。
但是,干細(xì)胞抗衰老美容目前還是騙錢的,因為還有幾個關(guān)鍵問題沒有解決。
關(guān)于克隆人提取成體干細(xì)胞的想法,我1998年發(fā)表的論文有提過,用的是幾百克的胚胎。主要是考慮到細(xì)胞成熟度,因為已發(fā)現(xiàn),太幼稚的干細(xì)胞無法在成年動物體內(nèi)存活。
克隆人所用的是胚胎干細(xì)胞,其實,ips細(xì)胞和胚胎干細(xì)胞是同一種細(xì)胞,因此,用基因蛋白質(zhì)誘導(dǎo)制備ips細(xì)胞更方便。目前最好的提取成體干細(xì)胞方法就是用ips細(xì)胞培養(yǎng)分化成成體干細(xì)胞。但是,無論是克隆人胚胎干細(xì)胞還是ips細(xì)胞提取的成體干細(xì)胞,經(jīng)過各種操作,都會有一部分基因發(fā)生了突變,移植這種方法的成體干細(xì)胞都有可能被宿主排斥掉的可能,目前只有日本試用于眼睛疾病的治療實驗,因為眼睛是屬于免疫豁免器官,因此,目前來說,通過克隆人、胚胎干細(xì)胞、ips細(xì)胞提取成體干細(xì)胞方案還不具備可行性。這是因為,我們的免疫系統(tǒng)非常靈敏,細(xì)胞中的幾萬個基因出現(xiàn)一個堿基突變都能檢測出來,并把它鏟除掉。例如,人胰島素B鏈第30位氨基酸是蘇氨酸,而豬胰島素是丙氨酸。僅這一個氨基酸的差異,人長期使用豬胰島素就容易誘發(fā)抗體產(chǎn)生排斥。
還有,國內(nèi)大學(xué)有人做過把近交系的小鼠臍帶、胎盤和全胚胎提取的干細(xì)胞注入老年鼠,結(jié)果沒有觀察有逆衰老作用。原因我認(rèn)為主要有二個:1.移植的干細(xì)胞無法歸巢,例如,骨髓移植只有造血干細(xì)胞能歸巢于骨髓,間充質(zhì)干細(xì)胞卻無法歸巢,例如,韓國學(xué)者在2002年美國血液學(xué)年會上報告12例大劑量移植間充質(zhì)干細(xì)胞,無一例植入受體骨髓。造血干細(xì)胞與間充質(zhì)干細(xì)胞有互相支持作用,只有年輕的造血干細(xì)胞和年輕的間充質(zhì)干細(xì)胞在一起才能發(fā)揮有效的造血功能;2.干細(xì)胞移植過程端粒會迅速縮短1kb左右,按照童坦君院士對中國人白細(xì)胞端粒檢測結(jié)果是每年縮短是35bp計算,相當(dāng)衰老30年。一項刊登在國際雜志EBioMedicine上的研究報告中,來自北卡羅來納州立大學(xué)Lineberger綜合癌癥中心的研究人員發(fā)現(xiàn),干細(xì)胞移植會加速機(jī)體某些方面的衰老,他們發(fā)現(xiàn),血液癌患者接受造血干細(xì)胞移植后,T細(xì)胞和骨髓干細(xì)胞提前老化了30年。因此,如果這個問題不能解決掉,那么,干細(xì)胞注定只能用于治病而不能用于返老還童。
1kb÷35bp=28.57年,理論計算與現(xiàn)實很接近。
要想讓個體返老還童,只有把干細(xì)胞與重置端粒等多拷貝重復(fù)DNA技術(shù)相結(jié)合,除此之外,目前沒有任何可行辦法。-原創(chuàng):黃必錄,歡迎轉(zhuǎn)載
編輯于 2019-09-20
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