路景濤，何 偉，宋莎莎，魏 偉

(安徽醫(yī)科大學(xué)臨床藥理研究所，抗炎免疫藥物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，抗炎免疫藥物安徽省工程技術(shù)研究中心，安徽合肥 230032)

Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是一條十分保守的信號(hào)通路，從果蠅到脊椎動(dòng)物發(fā)育中，該通路均發(fā)揮著中軸器官的形態(tài)發(fā)生作用［1］。該通路在動(dòng)物的胚胎發(fā)育、組織分化等生命過(guò)程中調(diào)控著細(xì)胞分化與增殖，特別是調(diào)控著內(nèi)胚層細(xì)胞的分化和增殖，而且對(duì)胚胎形成后的細(xì)胞生長(zhǎng)和組織分化過(guò)程起著極其重要的調(diào)控功能。同時(shí)該通路還參與機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、組織修復(fù)并調(diào)節(jié)著上皮-間充質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)轉(zhuǎn)化等生理過(guò)程［2］。該通路在腫瘤的發(fā)生中同樣發(fā)揮著重要的作用，且與腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移關(guān)系密切。本文就該通路及其在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

Hedgehog基因由Nusslein-Volhard C和Wieschaus E于1980年在篩選可能引起果蠅突變的基因時(shí)首先發(fā)現(xiàn)的體節(jié)極性基因，該基因編碼一種分泌性信號(hào)蛋白。Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路包括分泌型信號(hào)糖蛋白配體 Hedgehog(Hh)、跨膜蛋白受體Patched(Pat)以及與G蛋白偶聯(lián)的磷酸化受體Smoothened(Smo)組成的復(fù)合體和膠質(zhì)瘤相關(guān)癌基因同源物(glioma-associated oncogene homolog，Gli，一種核轉(zhuǎn)錄因子)等蛋白成分。果蠅僅有一個(gè)Hh基因，該基因突變能導(dǎo)致果蠅的幼蟲(chóng)體表形成許多刺突，形狀與刺猬像似，因此以其英文“hedgehog”命名。而在人類和鼠 Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路中有3種Hh同源基因，能編碼3種Hh蛋白，即 Sonic hedgehog(Shh)，Desert hedgehog(Dhh)和Indian hedgehog(Ihh)，在許多組織、器官的形成中發(fā)揮著重要作用。Hh信號(hào)的缺失和減少，引起多種發(fā)育缺陷而導(dǎo)致畸形發(fā)生［2］。3種Hh蛋白家均由2個(gè)氨基端(Hh-N)和羧基端(Hh-C)結(jié)構(gòu)域組成，其中Hh-N有Hh蛋白的信號(hào)活性，而Hh-C有自身蛋白水解酶的活性，同時(shí)兼有膽固醇轉(zhuǎn)移酶功能。Hh蛋白是一種由上皮細(xì)胞分泌的信號(hào)蛋白，Hh可發(fā)生自身催化反應(yīng)形成具有活性的雙重脂質(zhì)修飾蛋白，該蛋白與其受體Pat和 Smo蛋白的復(fù)合物結(jié)合，從而傳導(dǎo)信號(hào)。Pat和Smo均為跨膜蛋白，介導(dǎo)信號(hào)向細(xì)胞內(nèi)傳遞。人類有兩個(gè)Pat同源基因，即Pat-1和Pat-2，兩者分別編碼Pat-1蛋白和Pat-2蛋白。Pat蛋白家族成員為含12次跨膜結(jié)構(gòu)域的膜蛋白，與Hh結(jié)合后，在Hh信號(hào)通路中起著負(fù)調(diào)控作用。Smo蛋白為7次跨膜蛋白，與G蛋白偶聯(lián)受體同源，其功能受Pat的影響，發(fā)揮著轉(zhuǎn)導(dǎo)Hh信號(hào)的關(guān)鍵作用。在哺乳動(dòng)物中，Gli為具有鋅指結(jié)構(gòu)核轉(zhuǎn)錄因子，分子量為155KD。人類有3個(gè)Gli的同源基因Gli-1，Gli-2和Gli-3，分別編碼 Gli-1，Gli-2 和 Gli-3 蛋白［1，3］。

3種核轉(zhuǎn)錄因子蛋白Gli均具有十分相似氨基序列，有5個(gè)高度保守的串聯(lián)鋅指結(jié)構(gòu)及組氨酸-半胱氨酸相連接的序列。其中，Gli-l被證實(shí)與神經(jīng)膠質(zhì)瘤 (Glioma)形成有關(guān)而首先被命名，相對(duì)于核轉(zhuǎn)錄因子Gli-2和Gli-3，對(duì)Gli-l的研究較多。3種Gli具有不同的轉(zhuǎn)錄激活或抑制功能。一般來(lái)講，Gli-l僅有激活功能［4］，而 Gli-2，Gli-3 同時(shí)可以發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活與抑制的功能，因?yàn)楹笳叩腃、N末端存在不同的蛋白激活和抑制區(qū)域，即3種Gli-1，Gli-2，Gli-3蛋白的C末端均存在激活區(qū)，而Gli-2，Gli-3的N末端還具有轉(zhuǎn)錄抑制區(qū)域，同時(shí)C末端能與其他分子相互作用，并將其定位于胞質(zhì)內(nèi)，N末端則促其向胞核內(nèi)轉(zhuǎn)移［5］?，F(xiàn)有的研究認(rèn)為Gli-2基因與人類疾病較少相關(guān)，Gli-3基因的不同突變則引起不同的表型出現(xiàn)，包括軸前、中央及軸后多指等［6］。Gli-1在各種腫瘤中異常表達(dá)，近年的研究多集中探索核轉(zhuǎn)錄因子Gli功能狀態(tài)改變的上游蛋白及其他信號(hào)通路，如Costal蛋白、Fused激酶等，而對(duì)Gli-1調(diào)控的下游基因及其與下游信號(hào)通路相互作用研究較少。隨著對(duì)該信號(hào)通路在脊椎動(dòng)物發(fā)育中研究不斷加深，使對(duì)其調(diào)控功能和機(jī)制的認(rèn)識(shí)不再局限于生物的胚胎發(fā)育，在腫瘤特別是在上皮類腫瘤發(fā)生中作用的研究逐漸增多［7］。研究表明，該信號(hào)通路在多種內(nèi)胚層來(lái)源的組織器官中異常激活，并誘發(fā)該類組織器官的腫瘤，占腫瘤的三分之一以上，該信號(hào)通路異常激活最早在痣樣基底細(xì)胞癌綜合征中被證實(shí)，其后在基底膜癌、胃癌、結(jié)直腸癌、前列腺癌、食管癌、胰腺癌、乳腺癌、乳腺癌、肺癌、卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌及原發(fā)性肝癌等腫瘤中相繼被發(fā)現(xiàn)［8－9］。

當(dāng)細(xì)胞間質(zhì)中Hh缺乏時(shí)，細(xì)胞表面受體Pat與次跨膜蛋白Smo結(jié)合并阻止Smo轉(zhuǎn)位到細(xì)胞膜，從而抑制Smo的活性及在細(xì)胞表面的定位，該信號(hào)通路處于失活狀態(tài);當(dāng)細(xì)胞間質(zhì)中存在Hh信號(hào)存在時(shí)，Hh誘導(dǎo)Smo羧基端的多個(gè)絲/蘇氨酸殘基磷酸化，使Smo在細(xì)胞表面聚集并激活，驅(qū)動(dòng)蛋白樣分子COS2及絲/蘇氨酸激酶Fus，Sufu形成復(fù)合物并從微管上解離下來(lái)，激活Gli，Gli轉(zhuǎn)運(yùn)至胞核，最終激活目的靶基因的轉(zhuǎn)錄［10］。Gli為Hh信號(hào)通路的核轉(zhuǎn)錄因子，被激活直接導(dǎo)致Hh信號(hào)通路下游目的基因轉(zhuǎn)錄水平的改變［11］。而Hh通路中的上游蛋白并不能直接導(dǎo)致Gli功能狀態(tài)的變化，Gli通過(guò)與蛋白復(fù)合體內(nèi)組成成份的激酶磷酸化或者其他相關(guān)因子的相互作用，在多種水平上被調(diào)節(jié)，影響Gli的活性及其在細(xì)胞內(nèi)的定位［12］。

2 Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路與多種腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移

文獻(xiàn)報(bào)道Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路對(duì)多種類型細(xì)胞轉(zhuǎn)移與遷移的控制及血管形成發(fā)揮著重要作用［13－15］;該信號(hào)促進(jìn)骨髓來(lái)源的內(nèi)皮祖細(xì)胞的增殖、轉(zhuǎn)移，促進(jìn)與腫瘤密切關(guān)系的血管生成。該信號(hào)通路與胃癌、胰腺癌、食管癌、膀胱癌、神經(jīng)膠質(zhì)瘤前體、結(jié)腸癌、乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌等腫瘤的再生、侵襲與轉(zhuǎn)移密切相關(guān)［16－22］。

2.1 Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路與胃癌侵襲轉(zhuǎn)移胃癌組織中，Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路與腫瘤分化程度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)［19］。Wang等［23］通過(guò)免疫組化、PCR等方法檢測(cè)了該通路成分，并分析了通路與胃癌侵襲轉(zhuǎn)移的關(guān)系。結(jié)果表明，Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路的Shh，Smo與胃癌的侵襲、臨床分期及腫瘤細(xì)胞的分化有相關(guān)性。Yoo等等［24］報(bào)道，通路的配體Shh能夠誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移，而通路的抑制劑KAAD-cyc或通路配體Shh的抗體減少了胃癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移，Shh誘導(dǎo)的胃癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移被TGF-β抗體或TGF-β1 siRNA拮抗。Shh增加了胃癌細(xì)胞的ALK5蛋白及Smad3的磷酸化，KAAD-cyc或Shh抗體、TGF-β1抗體減少了胃癌細(xì)胞的ALK5蛋白及Smad3的磷酸化，而ALK5抑制則明顯抑制了Smad3的磷酸化及MMPs的活性以及胃癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移。ALK5 siRNA或Smad3 siRNA轉(zhuǎn)染減少了Shh刺激的胃癌細(xì)胞侵襲與轉(zhuǎn)移。由此得出Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路促進(jìn)了胃癌細(xì)胞的侵襲，其機(jī)制與TGF-beta介導(dǎo)的 ALK5-Smad3通路有關(guān)。Yoo［19］另一研究還發(fā)現(xiàn)Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路通過(guò)PI3K/Akt通路介導(dǎo)了MMP-9的表達(dá)，從而促進(jìn)胃癌的侵襲轉(zhuǎn)移［43］。

2.2 Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路與胰腺癌侵襲轉(zhuǎn)移

Thayer等［9］對(duì)胰腺癌轉(zhuǎn)基因鼠模型和人胰腺癌進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，Shh信號(hào)通路中的各個(gè)蛋白質(zhì)或mRNA不論在小鼠還是人的正常胰腺導(dǎo)管上皮中均無(wú)表達(dá)，但在胰腺上皮內(nèi)瘤樣病變和浸潤(rùn)性癌灶中有高強(qiáng)度的表達(dá)。通路的抑制劑Cyclopamine可以減少胰腺癌中Snail蛋白的表達(dá)，上調(diào)細(xì)胞粘附蛋白E-cadherin的表達(dá)，同時(shí)抑制細(xì)胞上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化，從而導(dǎo)致胰腺癌侵襲轉(zhuǎn)移的減少(P＜0.0001)，相反胰腺導(dǎo)管上皮腫瘤細(xì)胞Gli高表達(dá)而胰腺癌侵襲力增加，并伴有細(xì)胞粘附蛋白E-cadherin的下調(diào);同時(shí)Cyclopamine抑制了移植性胰腺癌腫瘤小鼠的轉(zhuǎn)移(1/7)，而對(duì)照組7只小鼠全部發(fā)生轉(zhuǎn)移［21］。Nagai等［25］對(duì) Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路介導(dǎo)胰腺癌侵襲轉(zhuǎn)移的機(jī)制進(jìn)行了研究，結(jié)果Cyclopamine抑制胰腺癌的侵襲與減少M(fèi)MP-9的表達(dá)有關(guān)。Gli-1轉(zhuǎn)染胰腺癌細(xì)胞激活該通路，則增加了胰腺癌細(xì)胞的侵襲，同時(shí)增加了MMP-9的表達(dá)。同時(shí)又通過(guò)MMP-9 siRNA的干擾胰腺癌細(xì)胞后，MMP-9 siRNA抑制了胰腺癌細(xì)胞的侵襲，減少了MMP-9的表達(dá)，推測(cè)該通路通過(guò)上調(diào)MMP-9的表達(dá)而介導(dǎo)了胰腺癌的侵襲。Inaguma［26］對(duì) Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路介導(dǎo)胰腺癌侵襲轉(zhuǎn)移的機(jī)制進(jìn)一步研究表明，作為胰腺癌的預(yù)后不良的主要標(biāo)記MUC5AC是Gli的直接的轉(zhuǎn)錄靶點(diǎn)，Gli-1激活MUC5AC的啟動(dòng)子，增加MUC5AC蛋白表達(dá)，從而干擾E-cadherin的在腫瘤細(xì)胞間的膜定位，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞間的粘附減少，增加胰腺癌的轉(zhuǎn)移和侵襲，Gli-1與Gli-2基因敲除后則減弱了胰腺癌的侵襲與轉(zhuǎn)移。Onishi［17］研究了低氧下條件下胰腺癌通路Smo的轉(zhuǎn)錄增加，直接誘發(fā)胰腺癌低氧條件下的侵襲與轉(zhuǎn)移，Gli-1通過(guò)MMP-9及雌激素受體介導(dǎo)胰腺癌的侵襲。

2.3 Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路與食管癌侵襲轉(zhuǎn)移Mori等［27］檢測(cè)34株食道鱗狀上皮細(xì)胞腫瘤細(xì)胞株，結(jié)果91%(31/34)的細(xì)胞株表達(dá) Gli-1，而34株細(xì)胞全部表達(dá)Shh，Pat，Smo。且Gli-1與腫瘤位置的深度及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、不良預(yù)后有關(guān)。同時(shí)他們檢測(cè)了通路抑制劑Cyclopamine，Gli-1siRNA等對(duì)食管癌ESCC細(xì)胞增殖與轉(zhuǎn)移的影響，結(jié)果Cyclopamine明顯抑制ESCC細(xì)胞Gli-1的表達(dá)，同時(shí)抑制其增殖與轉(zhuǎn)移，并且Gli-1siRNA同樣抑制細(xì)胞的生長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移。Isohata N等報(bào)道了Hh信號(hào)通路可以通過(guò)EMT信號(hào)介導(dǎo)食管的角質(zhì)形成細(xì)胞及食管癌的侵襲與生長(zhǎng)［28］，且Gli-1的表達(dá)與食管癌血管侵襲，淋巴侵襲，預(yù)后不良有相關(guān)性［29］。

2.4 Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路與膀胱癌侵襲轉(zhuǎn)移Azoulay等［30］研究了Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路與膀胱癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的相關(guān)性，結(jié)果表明該信號(hào)通路的Shh上皮表達(dá)明顯與膀胱癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移 (P=0.004)成正相關(guān)，同時(shí)信號(hào)通路Dhh與精囊腺轉(zhuǎn)移 (P=0.03)及膀胱頸轉(zhuǎn)移(P=0.0008)也具有相關(guān)性。He［31］也發(fā)現(xiàn) Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路的Shh，Pat-1，Gli-1陽(yáng)性蛋白表達(dá)與膀胱癌的靜脈侵襲及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移明顯相關(guān)。但Mechlin［32］發(fā)現(xiàn)Gli-2的表達(dá)與膀胱癌的侵襲有關(guān)，而與增殖可能無(wú)關(guān)。

2.5 Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路與乳腺癌侵襲轉(zhuǎn)移Onishi［33］研究了 Hedgehog-Pat/Smo-Gli通路與乳腺癌的侵襲關(guān)系，結(jié)果該通路介導(dǎo)了乳腺癌的侵襲。Souzaki［34］進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn) Hedgehog-Pat/Smo-Gli增殖非依賴性介導(dǎo)乳腺癌非侵襲原位導(dǎo)管癌向侵潤(rùn)性導(dǎo)管癌轉(zhuǎn)變，其機(jī)制與該通路Gli-1啟動(dòng)VEGF的啟動(dòng)子，從而上調(diào)VEGF的表達(dá)，促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞生成有關(guān)，同時(shí)該通路還通過(guò)上調(diào)MMP-2以及MMP-9的表達(dá)，破壞腫瘤周圍的基質(zhì)，從而增加乳腺癌的侵襲轉(zhuǎn)移。

2.6 Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路與神經(jīng)細(xì)胞瘤的侵襲轉(zhuǎn)移 Shida［35］和 Fendrich［36］先后報(bào)道了 Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路與神經(jīng)內(nèi)分泌瘤及膠質(zhì)瘤的侵襲轉(zhuǎn)移有關(guān)。敲除通路的Gli-1后，MMP-9的表達(dá)下調(diào)，而E-cadherin的表達(dá)上調(diào)［16］，從而抑制了腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移。Hsieh等［37］發(fā)現(xiàn)Hedgehog-Pat/Smo-Gli介導(dǎo)了IGF胰島素樣生長(zhǎng)因子依賴的神經(jīng)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移，而Gli-1的抑制劑抑制了胰島素樣生長(zhǎng)因子依賴的神經(jīng)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移。Cao［38］同樣報(bào)道了增加Gli-1的轉(zhuǎn)錄激活可以促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的侵襲轉(zhuǎn)移。

2.7 Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路與結(jié)腸癌的侵襲轉(zhuǎn)移 Ruiz等［39］發(fā)現(xiàn)Gli調(diào)節(jié)胚胎干細(xì)胞樣因子從而介導(dǎo)結(jié)腸癌的高侵襲及轉(zhuǎn)移。同時(shí)HHIP siRNA下調(diào)該通路拮抗蛋白HHIP的表達(dá)后，則促進(jìn)了結(jié)腸癌的生長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移，同樣HHIP基因的超甲基化和染色體重組也導(dǎo)致了結(jié)腸癌的生長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移［40］。

2.8 Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路與肝癌的侵襲轉(zhuǎn)移Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路的異常激活在HCC的發(fā)病中發(fā)揮了重要作用。Cheng發(fā)現(xiàn)該信號(hào)激活與肝癌脈管侵襲及肝細(xì)胞的增殖成正相關(guān)［41］。Chen等［42］同樣報(bào)道了Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路與肝腫瘤的干細(xì)胞的侵襲與耐受有關(guān)。而我們研究的也發(fā)現(xiàn)該通路參與了原發(fā)性肝細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移，其機(jī)制可能與該通路激活后，激活MAPK/ERK信號(hào)通路、最終增加MMP-9蛋白表達(dá)有關(guān)［43］。

2.9 Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路與其他腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移 Karhadkar首次報(bào)道了Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路介導(dǎo)介導(dǎo)前列腺癌的侵襲［22］，同時(shí)具有侵襲性的前列腺癌的腫瘤干細(xì)胞伴有Hh通路的增強(qiáng)［44］。研究表明卵巢癌的侵襲與轉(zhuǎn)移伴有Gli-1的過(guò)表達(dá)［18］，KAAD-cyc處理卵巢癌細(xì)胞后，KAAD-cyc則抑制了卵巢癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移，而Alexaki［45］也發(fā)現(xiàn)Gli-2直接參與了黑色素瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移。另有文獻(xiàn)報(bào)道Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路參與非小細(xì)胞肺癌的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)移，抑制劑Shh siRNA則能抑制非小細(xì)胞肺癌轉(zhuǎn)移［46］。Liao［47］用免疫組化方法檢測(cè)了 Gli-1的表達(dá)，結(jié)果Gli－1與子宮內(nèi)膜癌的非子宮肌層的侵襲(P=0.004)及淺表子宮肌層的侵襲(P=0.041)均有相關(guān)性。近年來(lái)還發(fā)現(xiàn)［48］選擇性剪接的Gli兩種亞型Gli1△N，tGli1，他們分別主要存在于正常和腫瘤組織，后者主要介導(dǎo)多種腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移［48］。同時(shí)該通路還在腦腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移及局部侵襲中發(fā)揮關(guān)鍵性的作用［49］。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

人們首先發(fā)現(xiàn)了Hedgehog-Pat/Smo-Gli信號(hào)通路參與了基底膜癌的發(fā)生發(fā)展，并以此認(rèn)為該通路可能不參與腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移，但隨著對(duì)其研究的深入，越來(lái)越多的證據(jù)證實(shí)了該通路參與了多種腫瘤的分化、侵襲與轉(zhuǎn)移，其異常激活是腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的主要原因之一。但該通路參與腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的具體機(jī)制不明，對(duì)其進(jìn)一步研究必將有助于全面認(rèn)識(shí)腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制，并針對(duì)該信號(hào)通路的特異性的分子靶向治療有望成為臨床上治療腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移有效策略。

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