驱动蛋白於微管上運動的動畫
微管上的驱动蛋白
**驱动蛋白**（英語：）是一类蛋白质超级家族，属于分子马达的一种，其成员代表驱动蛋白-1（）在1985年被发现。驱动蛋白是由单体组成的多聚体，其"头部"具有ATP酶活性，能通过水解ATP获得能量，改变构型，进行运动。它和动力蛋白一样，以微管构成的轨道进行滑行。与可以朝微管两极运动的动力蛋白有些不一样，一种驱动蛋白只能朝一个方向运动，如驱动蛋白-1可以沿着微管的+运动，而另一些驱动蛋白则沿着-极运动，在细胞内起运输作用，比如牵拉染色体，参与有丝分裂、减数分裂和细胞迁移过程。

最近的研究又发现一批与驱动蛋白-1结构相关的蛋白质，它们一起构成驱动蛋白超级家族。这些蛋白质存在于绝大多数真核生物中。它们共有一保守的"马达"域，含有约350氨基酸残基，内有ATP结合位点和微管结合位点。即使在植物中，如拟南芥（*Arabidopsis thaliana*）中，目前也发现了A，B，C和D四种类驱动蛋白蛋白。

发现
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20世纪80年代中期，人们虽然知道细胞内存在着分子马达，它们是ATP酶，靠着细胞骨架（具体来说是其中的微管）在细胞内执行者运输任务，但其具体结构仍未被确定。驱动蛋白的同僚——动力蛋白一直是该角色的主要候选者。一直到了1985年，Lasek, RJ和Brady, ST则在nature上发表了《AMP-PNP可以易化轴浆中运输泡对微管的粘着》（*Attachment of transported vesicles to microtubules in axoplasm is facilitated by AMP-PNP*）一文，记述了他们的观察所得：ATP同型物AMP-PNP可以抑制轴突里的快速运输，同时会使细胞器与微管连合更紧密。这说明了AMP-PNP可促進微管——细胞器——马达分子复合体的形成。而这种马达蛋白质，很快就在同年被Vale RD, Reese TS等人确定了。它们在乌贼那巨型的神经轴突轴浆中发现了一种可溶的蛋白质，可以使微管在玻璃上，乳胶微球在微管上和轴浆细胞器在微管上移动。而且他们发现牛的脑部有着与之同源的蛋白质。这种蛋白质在ATP同型物——亚氨二磷酸盐（imidodiphosphate）的存在下，显示相当强的微管亲和力。他们还将它从微观上分离，与ATP混合放到凝胶过滤（gel filtration）柱上，该蛋白质在柱上移行，并被测重，得出60萬atom的分子量，11到12和6到7萬atom的多肽链。这些数据有别于以往动力蛋白和肌球蛋白的数据。因此试验人员认为，他们得到了一种新的分子马达，并将之命名为驱动蛋白。而分子马达的大热门——动力蛋白存在的确凿实验证据则在两年后的1987年才发表。

酿酒酵母（*Saccharomyces cerevisiae*）的驱动蛋白基因序列最初是1992年由Beltran,C所发表。而在NCBI上的人体驱动蛋白马达域的mRNA和蛋白质序列则是由南京医科大学在2001年提供的。接着，2002到2003年，富克葡萄孢盘菌（*Botryotinia fuckeliana*）、异旋孢腔菌（*Cochliobolus heterostrophus*）和玉米黑粉菌（*Ustilago maydis*）驱动蛋白马达域的序列也被查明。同时，科学家还在如黑猩猩（*Pan troglodytes*）体内，预测了蛋白质异形体1和2，它们和人类的驱动蛋白显示出98%的同源性，而各自演化成為相同蛋白質的期望值为0（就是指，假如两个蛋白质独立进化，是没有可能达到如此98%相似的程度的）。换句话说，它们是来自同一祖先。

结构
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褐家鼠（*Rattus norvegicus*）脑部驱动蛋白单体x射线空间示意图
驱动蛋白是由单体组成的聚合体。两条包括催化活性的重链，而大部分驱动蛋白家族的成员重链都有一段α螺旋，两个单体的α螺旋因组成卷曲螺旋（coiled coil）而紧密结合。另外它们还有两条不具有催化活性的轻链。比如驱动蛋白-1是一alpha2-beta2的异四聚体，驱动蛋白-5则是同四聚体，驱动蛋白-2则是异三聚体。

驱动蛋白-1在高离子强度环境下会呈现其未折叠状态，沉降系数为9S。相反，它会在低离子浓度时折叠，沉降系数变为9S。折叠是重链的头部和尾部的相互间作用促成的。这个结论，是根据实验观察得出的。无需轻链的存在，单单是由重链组成的二聚体也会从5S的未折叠状态改变构象成为7S的折叠状态。细胞却要避免驱动蛋白的折叠，因为折叠状态的驱动蛋白并不能快速行进，而且对微管的亲和力也不高。

从扫描电子显微镜观察得出的结果，驱动蛋白1和驱动蛋白14（有被命为）虽然回响着不同的方向运动，但是它们头部与微观结合的结构却是相似的。

分类
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根据结构特征，驱动蛋白可分为：

* 氨基端驱动蛋白(KIN N)：又称为正极向驱动蛋白，驱动蛋白从微管的负极向正极运动
* 羧基端驱动蛋白(KIN C)：又称为负极向驱动蛋白，驱动蛋白从微管的正极向负极运动
* 中间驱动蛋白(KIN I) 。不具有马达蛋白的运输功能, 而具有解聚微管的功能

驱动蛋白可分为14个家族(Kinesin- 1-14)及一类孤儿驱动蛋白。植物中不存在Kinesin-2, 3, 9和11家族，但独有驱动蛋白KINU家族。

驱动蛋白-1
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驱动蛋白的运动
驱动蛋白-1是第一种被发现的驱动蛋白，存在于目前已研究的所有多细胞生物即其所有细胞种类之中，并且可见于细胞生长的各个阶段。大部分的驱动蛋白-1都游离于胞质中，一些则会连接一些和胞膜相连的细胞器，如小泡，内质网，还有内质网与高尔基体之间的膜性结构。科学家将在试管中得到证实的抗驱动蛋白-1抗体注射入或者散布在细胞上，再观察其结果，可见微管依赖的溶酶体，高尔基体驱动的小泡，与胞膜连接的色素颗粒还有中间纤维的运输都受到抑制。在另一组实验中，科学家将反义寡核苷酸结合到驱动蛋白-1的mRNA上，抑制其翻译，发现轴突内各种蛋白质的顺行性运输（anterograde axonal transport）都受阻。加上其它数据，可以推测驱动蛋白-1会拉动细胞器，在微管上朝着其+极运动。

科罗拉多大学（University of Colorado）的比尔·萨斯通带领其实验室对黑腹果蝇的驱动蛋白-1或驱动蛋白重链（kinesin heavy chain，简称Khc）的致死性隐性突变进行了研究，并得出结论：驱动蛋白-1是轴突快速运输的一种马达。果蝇在死亡之前，患有进行性远端麻痹（progressive distal paralysis）。而且麻痹最严重的部位是后部体节的腹侧面。这样会造成其幼虫身体收缩的不对称，尾部会有节奏的往上翘并屈爬向前。这种表现型是神经系统因为轴突快速运输功能障碍而受损。在果蝇幼虫第二龄期（instar），体节神经轴突末端会与胞膜结合的细胞器共同形成膨大，这种堵塞应该是由失能的驱动蛋白，运输无力，货物被堆积积聚而造成的膨大会变得越来越大，这会引起遗传性神经接合，顺行性和逆行性（retrograde）快速运输都会受阻。驱动蛋白这种变异会在第三龄期因为降低离子通道活性，而造成动作电位散布受阻。因此实验人员认为，细胞器阻塞使得离子通道成分顺行性运输受阻。来自免疫细胞学方面的证据更是进一步指出，甚至是II型成束蛋白（Fasciclin II），突触结合蛋白（synaptotagmin）和突触融合蛋白（syntaxin）这些神经突触组成所需的蛋白质也一样会受阻。运动神经元末端营养不足。因此这些果蝇在第三龄期后侧体节轴突数量只有正常的1/5，前端的只有正常1/3。不但是突触的数量，就是连神经递质也会减少。又因为果蝇神经元胞体在头部，其支配尾部体节的轴突要比支配前端的长，所以驱动蛋白-1的失活会导致这种长短距不一的效果。变异果蝇的奇怪表现型也得到了解释。

参看
--

* 分子生物学主题
* 细胞生物学主题

* 动力蛋白
* 分子马达

参考文献
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1. ↑  Beltran C, Kopecky J, Pan YC, Nelson H, Nelson N.. jbc.org.  [2005-01-01]. （原始内容存档于2007-09-29）.
2. ↑  Dixit, R.; et al.. Scienceexpress. 2008. （原始内容存档于2013-05-03） （英语）.  引文格式1维护：显式使用等标签 (link)
3. ↑  George S. Bloom.. proweb.org.  [2005-01-01]. （原始内容存档于2005-02-05）.
4. ↑  Vale RD, Reese TS, Sheetz MP.. .ncbi.nlm.nih.gov.  [2005-01-01].
5. ↑  Sha,J.H. Zhou,Z.M. and Li,J.M.. ncbi.nlm.nih.gov.  [2005-01-01].
6. ↑  David Hackney.. proweb.org.  [2005-01-01]. （原始内容存档于2005-02-14）.
7. 1 2 3  Vale, RD; Fletterick, RJ.. Annual review of cell and developmental biology. 1997, **13**: 745–77. PMID 9442886. doi:10.1146/annurev.cellbio.13.1.745.
8. ↑  Desai, A; Verma, S; Mitchison, TJ; Walczak, CE.. Cell. 1999-01-08, **96** (1): 69–78. PMID 9989498. doi:10.1016/s0092-8674(00)80960-5.
9. ↑  Lawrence, CJ; Dawe, RK; Christie, KR; Cleveland, DW; Dawson, SC; Endow, SA; Goldstein, LS; Goodson, HV; Hirokawa, N; Howard, J; Malmberg, RL; McIntosh, JR; Miki, H; Mitchison, TJ; Okada, Y; Reddy, AS; Saxton, WM; Schliwa, M; Scholey, JM; Vale, RD; Walczak, CE; Wordeman, L.. The Journal of cell biology. 2004-10-11, **167** (1): 19–22. PMID 15479732. doi:10.1083/jcb.200408113.
10. ↑  Wang, Yunhui; Wang, Yifan; Lin, Jiayu; Li, Jinhong; Yao, Shien; Feng, Xiangchi; Cao, Zhenlin; Wang, Jun; Li, Meina.. Chinese Bulletin of Botany. 2022-05-01, **57** (3): 358. doi:10.11983/CBB22007.
11. ↑  Bill Saxton.. proweb.org.  [2005-01-01]. （原始内容存档于2004-12-14）.

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| * 
* 论
* 编
细胞骨架蛋白 |
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| 人类蛋白 | 

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| 微丝（ABP） | 

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| 肌丝（英语：） | 

|  |  |
| --- | --- |
| 肌动蛋白 | 
* A1
* A2
* B
* C1
* G1
* G2

 |
|  |
| 肌球蛋白 | 
* I
	+ MYO1A
	+ MYO1B
	+ MYO1C
	+ MYO1D
	+ MYO1E
	+ MYO1F
	+ MYO1G
	+ MYO1H)
* II
	+ MYH1
	+ MYH2
	+ MYH3
	+ MYH4
	+ MYH6
	+ MYH7
	+ MYH7B
	+ MYH8
	+ MYH9
	+ MYH10
	+ MYH11
	+ MYH13
	+ MYH14
	+ MYH15
	+ MYH16
* III
	+ MYO3A
	+ MYO3B
* V
	+ MYO5A
	+ MYO5B
	+ MYO5C
* VI
	+ MYO6
* VII
	+ MYO7A
	+ MYO7B
* IX
	+ MYO9A
	+ MYO9B
* X
	+ MYO10
* XV
	+ MYO15A
* XVIII
	+ MYO18A
	+ MYO18B
* 轻链
	+ MYL1
	+ MYL2
	+ MYL3
	+ MYL4
	+ MYL5
	+ MYL6
	+ MYL6B
	+ MYL7
	+ MYL9
	+ MYLIP
	+ MYLK
	+ MYLK2
	+ MYLL1

 |
|  |
| 其它 | 
* 原肌球调节蛋白（英语：）
	+ 1
	+ 2
	+ 3
	+ 4
* 肌钙蛋白
	+ T 1 2 3
	+ C 1 2
	+ I 1 2 3
* 原肌球蛋白（英语：）
	+ 1
	+ 2
	+ 3
	+ 4

* 辅肌动蛋白
	+ 1
	+ 2
	+ 3
	+ 4
* Arp2/3複合體
* 肌动蛋白解聚因子
	+ 丝切蛋白（英语：）
		- 1
		- 2
	+ Destrin
* 凝溶胶蛋白
* 前纤维蛋白
	+ 1
	+ 2
* 肌联蛋白

 |

 |
|  |
| 其它 | 
* Wiskott-Aldrich syndrome protein
* 原纤蛋白（英语：）
* 细丝蛋白（英语：）
	+ FLNA
	+ FLNB
	+ FLNC
* Espin
* TRIOBP

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|  |
| 中间纤维 | 

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| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| Type 1/2（角蛋白细胞角蛋白（英语：）） | 

|  |  |
| --- | --- |
| 上皮角蛋白（英语：）（软α-角蛋白） | 
* I型（英语：）/17号染色体
	+ 10
	+ 12
	+ 13
	+ 14
	+ 15
	+ 16
	+ 17
	+ 19
	+ 20
* 12号染色体
	+ 18
* *none*
	+ 21

* II型（英语：）/12号染色体
	+ 1
	+ 2A
	+ 3
	+ 4
	+ 5
	+ 6A
	+ 6B
	+ 7
	+ 8
	+ 9

 |
|  |
| 毛发角蛋白（硬α-角蛋白） | 
* I型（英语：）/17号染色体
	+ 31
	+ 32
	+ 33A
	+ 33B
	+ 34
	+ 35
	+ 36
	+ 37
	+ 38

* II型（英语：）/12号染色体
	+ 81
	+ 82
	+ 83
	+ 84
	+ 85
	+ 86

 |
|  |
| 未分类α-角蛋白 | 
* 17号染色体
	+ 23
	+ 24
	+ 25
	+ 26
	+ 27
	+ 28
	+ 39
	+ 40

* 12号染色体
	+ 71
	+ 72
	+ 73
	+ 74
	+ 75
	+ 76
	+ 77
	+ 78
	+ 79
	+ 80

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|  |
| 非α-角蛋白 | 
* β-角蛋白（英语：）

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|  |
| Type 3 | 
* 结蛋白（英语：）
* 胶质纤维酸性蛋白（英语：）
* 外周蛋白（英语：）
* 波形蛋白

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|  |
| Type 4 | 
* 介连蛋白（英语：）
* 巢蛋白
* 神经丝（英语：）
	+ NEFL
	+ NEFM
	+ NEFH
* Synemin
* Syncoilin

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|  |
| Type 5 | 
* 核纤层蛋白：A
* B

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|  |
| 微管/MAPs | 

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| 微管蛋白 | 
* TUBA1A
* TUBA1B
* TUBA1C
* TUBA3C
* TUBA3D
* TUBA3E
* TUBA4A
* TUBA8

 |
|  |
| 驱动蛋白 | 
* KIF1A
* KIF1B
* KIF2A
* KIF2C
* KIF3B
* KIF3C
* KIF4A
* KIF4B
* KIF5A
* KIF5B
* KIF5C
* KIF6
* KIF7
* KIF9
* KIF11
* KIF12
* KIF13A
* KIF13B
* KIF14
* KIF15
* KIF16B
* KIF17
* KIF18A
* KIF18B
* KIF19
* KIF20A
* KIF20B
* KIF21A
* KIF21B
* KIF22
* KIF23
* KIF24
* KIF25
* KIF26A
* KIF26B
* KIF27
* KIFC1
* KIFC2
* KIFC3

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|  |
| 动力蛋白 | 
* 鞭毛轴丝：DNAH1
* DNAH2
* DNAH3
* DNAH5
* DNAH6
* DNAH7
* DNAH8
* DNAH9
* DNAH10
* DNAH11
* DNAH12
* DNAH13
* DNAH14
* DNAH17
* DNAI1
* DNAI2
* DNALI1
* DNAL1
* DNAL4

* 细胞质中：DYNC1H1
* DYNC2H1
* DYNC1I1
* DYNC1I2
* DYNC1LI1
* DYNC1LI2
* DYNC2LI1
* DYNLL1
* DYNLL2
* DYNLRB1
* DYNLRB2
* DYNLT1
* DYNLT3

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|  |
| 其它 | 
* tau蛋白
* 动力蛋白激活蛋白（英语：）
	+ DCTN1
* 微管去稳蛋白（英语：）
* 筑丝蛋白（英语：）
	+ TEKT1
	+ TEKT2
	+ TEKT3
	+ TEKT4
	+ TEKT5
* 缢断蛋白
	+ DNM1
	+ DNM2
	+ DNM3

 |

 |
|  |
| 连环蛋白（英语：） | 
* Alpha catenin
* β-连环蛋白
* APC
* Plakoglobin (gamma catenin)
* Delta catenin
* GAN

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|  |
| 膜蛋白 | 
* Dystrophin
	+ Dystroglycan
* Utrophin
* 锚蛋白
	+ ANK1
	+ ANK2
	+ ANK3
* 血影蛋白
	+ SPTA1
	+ SPTAN1
	+ SPTB
	+ SPTBN1
	+ SPTBN2
	+ SPTBN4
	+ SPTBN5

 |
|  |
| 其它 | 
* *plakin*
	+ 桥粒斑蛋白（英语：）
	+ 网蛋白（英语：）
* 踝蛋白（英语：）
	+ TLN1
	+ TLN2
* 粘着斑蛋白（英语：）
* 斑菲素蛋白（英语：）
	+ PKP1
	+ PKP2

 |

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|  |
| 其它生物 | 
* Major sperm proteins
* 原核细胞骨架
	+ Crescentin
	+ FtsZ
	+ MreB
	+ ParM

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|  |
| 生化 结构: 过氧化物酶体，骨架（中心体），上皮，纤毛，线粒体，细胞核（染色体） |

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| * 
* 论
* 编
水解酶: 酸酐水解酶（EC 3.6） |
| --- |
|  |
| 3.6.1 | 
* 焦磷酸酶
	+ 无机焦磷酸酶
	+ 硫胺素焦磷酸酶（英语：）
* 三磷酸腺苷双磷酸酶（英语：）
* 硫胺素三磷酸酶（英语：）

 |
|  |
| 3.6.2 | 
* 腺嘌呤硫酸酯酶（英语：）
* 磷酸腺嘌呤酰基硫酸酯酶（英语：）

 |
|  |
| 3.6.3-4: ATP酶 | 

|  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
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| 3.6.3 | 

|  |  |
| --- | --- |
| Cu²⁺ (3.6.3.4) | 
* Menkes/ATP7A
* Wilson/ATP7B

 |
|  |
| Ca²⁺ (3.6.3.8) | 
* SERCA
	+ ATP2A1
	+ ATP2A2
	+ ATP2A3
* 质膜
	+ ATP2B1
	+ ATP2B2
	+ ATP2B3
	+ ATP2B4
* SPCA
	+ ATP2C1
	+ ATP2C2

 |
|  |
| Na+/K+ (3.6.3.9) | 
* ATP1A1
* ATP1A2
* ATP1A3
* ATP1A4
* ATP1B1
* ATP1B2
* ATP1B3
* ATP1B4

 |
|  |
| H+/K+ (3.6.3.10) | 
* ATP4A

 |
|  |
| P型ATP酶 | 
* ATP8B1
* ATP10A
* ATP11B
* ATP12A
* ATP13A2
* ATP13A3

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|  |
| 3.6.4 | 
* 动力蛋白
* 驱动蛋白
* 肌球蛋白
* 剑蛋白（英语：）

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|  |
| 3.6.5: GTP酶（英语：） | 

|  |  |
| --- | --- |
| 3.6.5.1: 异三聚体G蛋白（英语：） | 
* Gαs
* Gαi
	+ GNAI1
	+ GNAI2
	+ GNAI3
* Gαq/11
	+ GNAQ
	+ GNA11
* Gα12/13
	+ GNA12
	+ GNA13
* Transducin
	+ GNAT1
	+ GNAT2

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|  |
| 3.6.5.2: 小G蛋白 > Ras超家族 | 
* Rho family of GTPases: *Cdc42*
	+ CDC42
	+ TC10
	+ TCL
* *RhoUV*
	+ RhoU
	+ RhoV
* Rac
	+ Rac1
	+ 2
	+ 3
	+ RhoG
* *RhoBTB*
	+ 1
	+ 2
* RhoH
* Rho
	+ A
	+ B
	+ C
* Rnd
	+ 1
	+ 2
	+ 3
* *RhoDF*
	+ RhoF
	+ RhoD

* other: Ras
	+ HRAS
	+ KRAS
	+ NRAS
* Rab
	+ RAB23
	+ RAB27
* Arf
	+ ARF6
	+ SAR1B
	+ ARL13B
	+ ARL6
* Ran
* Rheb
* Rap

 |
|  |
| 3.6.5.3: 蛋白质合成GTP酶 | 
* PIF-2
* 原核延伸因子
	+ EF-Tu
	+ EF-G
* 真核延伸因子
	+ 真核延伸因子1

 |
|  |
| 3.6.5.5-6: 聚合马达 | 
* 缢断蛋白
* 微管蛋白

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|  |
| *EC 1.1/2/3/4/5/6/7/8/9/10/11/12/13/14/15/16/17/18/19/20/21/22 · 2.1/2/3/4/5/6/7(2.7.10/11-12)/8/9 · 3.1/2/3/4(3.4.21/22/23/24)/5/6/7/8/9/10/11/12/13 · 4.1/2/3/4/5/6 · 5.1/2/3/4/5/99 · 6.1-3（英语：）/4/5-6* |

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| 规范控制 編輯維基數據鏈接 | 
* NKC: ph121585

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