鄒宗正,王慧鳳 綜述 楊玲玲 審校
[1.山東第一醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院(山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院),濟(jì)南 250000;2.山東第一醫(yī)科大學(xué)附屬青島眼科醫(yī)院實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266071;3.山東第一醫(yī)科大學(xué)(山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院)山東省眼科研究所,山東省眼科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,山東 青島 266071]
瞼板腺功能障礙(meibomian gland dysfunction,MGD)是一組慢性、彌漫性的瞼板腺異常,主要表現(xiàn)為末端導(dǎo)管阻塞、脂質(zhì)的質(zhì)或量改變等[1],最終引起淚膜穩(wěn)定性改變,導(dǎo)致眼部炎癥、眼表細(xì)胞損傷及刺激不適感。MGD的特征是末端導(dǎo)管的阻塞和腺體排泄物的擠出引起的瞼板腺孔的堵塞[2]。瞼板腺功能障礙會(huì)引起一系列眼部并發(fā)癥,如瞼緣炎、瞼腺炎、干眼、角膜疾病等。MGD是蒸發(fā)過(guò)強(qiáng)型干眼的主要原因[3],高達(dá)70.3%的干眼患者被發(fā)現(xiàn)患有MGD[4]。年齡、眼表長(zhǎng)期慢性炎癥、雄激素缺乏、糖尿病、治療高血壓或抗抑郁藥物的應(yīng)用、長(zhǎng)時(shí)間使用電子設(shè)備、高油高糖飲食習(xí)慣等都是MGD的危險(xiǎn)因素[5-6]。MGD常見(jiàn)治療方法包括維持眼瞼衛(wèi)生、熱敷和抗炎治療[7-9]。目前尚無(wú)有效的MGD治療方法,最主要的原因就是人們對(duì)其發(fā)病機(jī)制還缺乏深入了解。鑒于MGD在干眼疾病中的重要性,近年來(lái)研究者對(duì)于MGD發(fā)病機(jī)制的研究日益重視。本文將根據(jù)近年來(lái)對(duì)瞼板腺脂質(zhì)分子組成、脂質(zhì)分泌、脂質(zhì)合成能力、脂質(zhì)介質(zhì)以及神經(jīng)和氧化應(yīng)激等方面在MGD發(fā)病中等重要作用的研究進(jìn)展,對(duì)MGD相關(guān)的細(xì)胞和分子機(jī)制進(jìn)行綜述。
體內(nèi)研究的動(dòng)物模型和體外研究的細(xì)胞或器官模型已被證明是基礎(chǔ)研究中至關(guān)重要的工具。這些模型的應(yīng)用讓人們了解了更多關(guān)于瞼板腺和MGD的知識(shí)。
MGD的理想模型應(yīng)包括人類(lèi)疾病的解剖特征,如腺體阻塞、導(dǎo)管角化和導(dǎo)管擴(kuò)張。與人類(lèi)疾病一樣,可觀察的特征應(yīng)以慢性或進(jìn)行性方式擴(kuò)散影響整個(gè)眼瞼。理想的情況下,MGD的誘導(dǎo)成功率應(yīng)該很高,所涉及的動(dòng)物應(yīng)該具有正常的壽命,避免過(guò)度疼痛,并且很少或幾乎沒(méi)有其他全身器官的參與[10]。Eom等[11]用燒灼法封閉了兔子的瞼板腺口來(lái)誘導(dǎo)兔子的MGD模型,以確定MGD是否可以增加淚膜滲透壓。Miyake等[12]則通過(guò)給HR-1無(wú)毛小鼠喂食指定含量脂質(zhì)的特殊飲食來(lái)誘導(dǎo)形成MGD。衰老的小鼠可以用于年齡相關(guān)性MGD的研究模型[13-15]。另外,包含不同基因敲除株的小鼠模型,如Eda mutant (Eda-/-)Tabby mice、Sod1-/-mice等,已被鑒定能誘導(dǎo)形成MGD,可用于MGD發(fā)病機(jī)理的研究[15]。
為探究瞼板腺的生理調(diào)控,Liu等[16]首次建立了關(guān)于維持人原代瞼板腺上皮細(xì)胞的培養(yǎng)系統(tǒng),并將其永生化,建立了人瞼板腺上皮細(xì)胞(human meibomian gland epithelial cells,HMGECs)細(xì)胞系。在體外,血清會(huì)誘導(dǎo)人瞼板腺上皮細(xì)胞的分化和中性脂質(zhì)的積累,血清的誘導(dǎo)作用會(huì)使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和囊泡有關(guān)的基因表達(dá)顯著增加[17],推測(cè)這會(huì)促進(jìn)細(xì)胞脂質(zhì)的分泌。Asano等[18]在此基礎(chǔ)上,用人瞼板腺上皮細(xì)胞系建立了3D瞼板腺培養(yǎng)模型。在該模型下,即使不使用血清處理,HMGECs仍具有分化的能力,但僅達(dá)到分化狀態(tài),不能形成成熟的瞼板腺細(xì)胞。在研究大鼠瞼板腺的離子轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí),Yu等[19]建立了新型體外原代大鼠瞼板腺細(xì)胞共培養(yǎng)系統(tǒng),將傳代的大鼠瞼板腺細(xì)胞在氣液界面培養(yǎng)成平板狀和在基質(zhì)膠基質(zhì)中培養(yǎng)成球體。這2個(gè)瞼板腺細(xì)胞培養(yǎng)模型可用于瞼板腺相關(guān)的離子遷移研究,并提供了離子通道在瞼板腺生理作用上的解釋。Maskin等[20]在分離兔瞼板腺細(xì)胞時(shí),用膠原蛋白凝膠進(jìn)行培養(yǎng),建立了兔瞼板腺細(xì)胞的體外培養(yǎng)系統(tǒng),可以用來(lái)探索在細(xì)胞水平上瞼脂的產(chǎn)生和瞼板腺上皮細(xì)胞增殖和分化的調(diào)控機(jī)制。但體外的細(xì)胞系研究主要局限于瞼板腺上皮細(xì)胞,無(wú)法觀測(cè)到瞼板腺導(dǎo)管的功能和病理,因此Xu等[21]創(chuàng)建了一種小鼠瞼板腺的新型器官培養(yǎng)系統(tǒng),通過(guò)提供不同的培養(yǎng)條件,在體外培養(yǎng)瞼板腺外植體。這樣可以分別觀察腺泡和導(dǎo)管的形態(tài)和功能變化。這種新型的器官型培養(yǎng)模型可用于體外研究瞼板腺的病理過(guò)程。
瞼板腺的主要功能是合成和分泌脂質(zhì)。瞼板腺分泌的瞼脂是由極性脂質(zhì)(磷脂)和非極性脂質(zhì)(膽固醇、蠟酯、膽固醇酯)組成的。磷脂被認(rèn)為是極性脂質(zhì)中最重要的一類(lèi),其作用被認(rèn)為是形成與淚膜的水層和疏水性脂質(zhì)層的兩親性亞層[22]。在對(duì)小鼠的研究[23]中,成年的雄性和雌性小鼠以相似的方式合成瞼脂,并且具有相同的化學(xué)組成,說(shuō)明性別對(duì)成年小鼠脂質(zhì)的合成影響很小。也有研究人員[24]在MGD患者與水液分泌不足型干眼患者的瞼脂成分比較中發(fā)現(xiàn)瞼板腺脂肪酸的成分發(fā)生了改變,其中MGD患者中支鏈脂肪酸含量顯著升高,而飽和脂肪酸含量則減少,主要為棕櫚酸和硬脂酸的含量較低。支鏈脂肪酸的增加說(shuō)明了瞼板腺分泌的脂質(zhì)中有含有更多的非極性脂質(zhì)。這些差異可能會(huì)對(duì)淚膜脂質(zhì)層的流動(dòng)性和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。因此,瞼板腺脂肪酸成分的改變,特別是支鏈脂肪酸的增加,可能是瞼板腺功能障礙的標(biāo)志。瞼脂成分的改變也會(huì)引起相應(yīng)的臨床癥狀。在對(duì)瞼脂中的鞘磷脂(sphingomyelin,SPL)這一成分進(jìn)行研究時(shí),有學(xué)者[25-26]發(fā)現(xiàn)鞘磷脂的衍生物具有生物活性,并調(diào)節(jié)重要的細(xì)胞功能(凋亡、增殖、細(xì)胞遷移和炎癥),如神經(jīng)酰胺(Cer)有促凋亡作用,鞘氨醇1-磷酸酯(S1P)有抗凋亡作用。瞼脂質(zhì)量較差的患者有更少的Cer、S1P,但Cer/S1P的比例增高[27],說(shuō)明Cer的含量相對(duì)增高,會(huì)表現(xiàn)出促凋亡的作用。這表明MGD的臨床癥狀可能與SPL成分的變化相關(guān)。
2.2.1 炎性物質(zhì)導(dǎo)致的導(dǎo)管阻塞
中性粒細(xì)胞參與體內(nèi)的急性炎癥的過(guò)程[28]。而MGD作為一種慢性炎癥疾病,中性粒細(xì)胞并不直接參與MGD的形成,而是常在體內(nèi)聚集成團(tuán)形成中性粒細(xì)胞胞外陷阱(neutrophil extracellular traps,NETs),形成對(duì)細(xì)菌的抵抗能力[29]。研究[30]發(fā)現(xiàn):在瞼緣炎患者的眼部排出液中,檢測(cè)出含有聚集的嗜中性粒細(xì)胞胞外陷阱(aggregated neutrophil extracellular traps,aggNET)。MGD患者的眼淚液顯示中性粒細(xì)胞趨化因子(C5a、IL-6、IL-8和IL-18)升高。C5a可以吸引和引發(fā)嗜中性粒細(xì)胞在眼表產(chǎn)生NETs,IL-8是由人角膜上皮細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞合成和釋放的嗜中性粒細(xì)胞的另一種化學(xué)引誘劑[31]。雖然NETs表現(xiàn)出一定的抗炎特性,但它們也具有堵塞瞼板腺導(dǎo)管的風(fēng)險(xiǎn)[30,32]。限制NETs形成的干預(yù)措施(例如PADI4抑制劑、DNase1/IL-3)是治療MGD的候選方法[29]。有研究[33-34]指出:在糖尿病患者的腺泡和腺泡壁上有很多高密度陰影,這與正常人不同,提示腺泡有異常,腺泡周?chē)梢?jiàn)炎性細(xì)胞浸潤(rùn),表明炎癥可能在糖尿病MGD病理變化的發(fā)生中起作用。
2.2.2 過(guò)度角質(zhì)化引起的導(dǎo)管阻塞
角質(zhì)化過(guò)度是阻塞性MGD的主要原因,會(huì)導(dǎo)致腺體擴(kuò)張和萎縮,孔口阻塞,瞼板淤滯和導(dǎo)管囊性擴(kuò)張,從而導(dǎo)致繼發(fā)性腺泡萎縮和腺體脫落[35]。促炎因子IL-1β會(huì)介導(dǎo)小鼠瞼板腺外植體中Krt1的表達(dá)增加和導(dǎo)管的高度角質(zhì)化[21]。Krt1作為上皮細(xì)胞完全角化的生物標(biāo)志物[36],可以在在腺體的排泄道中被檢測(cè)到。也有研究[37]發(fā)現(xiàn):在ApoE敲除小鼠中,上皮角質(zhì)化標(biāo)記分子K10和FABP5在小鼠瞼板腺導(dǎo)管和腺泡細(xì)胞中表達(dá)上調(diào),這表明在患有高脂血癥老鼠的瞼板腺中發(fā)生了角化過(guò)度。
過(guò)氧化物酶增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor,PPAR)是一類(lèi)配體激活的核轉(zhuǎn)錄因子超家族成員。PPAR包括PPAR-α、PPAR-β和PPAR-γ三種表型,PPAR-γ亞型是研究最多的受體,被認(rèn)為是脂肪形成和脂肪細(xì)胞分化的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑[38]。研究[39]表明:在老年小鼠中,PPAR-γ受體信號(hào)的改變會(huì)引起相應(yīng)的脂質(zhì)合成和腺體萎縮,這可能為年齡相關(guān)性瞼板腺功能障礙的發(fā)生打下了基礎(chǔ)。同樣,也有研究[13-14]發(fā)現(xiàn):在衰老小鼠的瞼板腺中,脂質(zhì)敏感性核受體PPAR-γ的表達(dá)減少。這些研究表明了瞼板腺中的脂質(zhì)合成受到PPAR-γ核轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)節(jié),如果PPAR-γ的表達(dá)喪失,則會(huì)產(chǎn)生脂質(zhì)合成減少,導(dǎo)致年齡相關(guān)性瞼板腺功能障礙。PPAR-γ的激動(dòng)劑,如噻唑烷二酮[40]和羅格列酮[13,40-41]分別增加了糖尿病患者的皮脂產(chǎn)生和皮脂細(xì)胞培養(yǎng)物中的脂質(zhì)產(chǎn)生。此外,IL-4可以磷酸化STAT6并相應(yīng)激活PPAR-γ信號(hào)通路,從而增加瞼板腺細(xì)胞中脂質(zhì)的合成[42]。這些可能為瞼板腺功能障礙提供了新的思路。
膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(sterol-regulatory element binding proteins,SREBPs)是位于細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的膽固醇敏感器,通過(guò)Insig-Srebp-Scap途徑對(duì)細(xì)胞內(nèi)膽固醇進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)。脂肪生成的2種關(guān)鍵酶,即ATP-檸檬酸裂合酶和乙酰輔酶A合酶的mRNA水平會(huì)被雄激素所上調(diào)[43]。且這2種酶都被證實(shí)存在于瞼板腺之中[43]。雄激素對(duì)這2種脂肪生成關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié)至少部分是通過(guò)SREBPs轉(zhuǎn)錄因子的作用來(lái)介導(dǎo)的[44]。相應(yīng)地,高糖會(huì)降低SREBP-1和胰島素樣生長(zhǎng)因子受體1(insulin-like growth factor-1 receptor,IGF-1R)在人類(lèi)瞼板腺上皮細(xì)胞中的水平[45]。IGF-1可促進(jìn)HMEGCs的分化和脂質(zhì)蓄積,同時(shí)也可促進(jìn)SREBP-1的水平[46]。IGF-1R的減少會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的IGF-1也無(wú)法發(fā)揮作用。這表明高葡萄糖對(duì)HMGECs有毒性,胰島素抵抗/缺乏和高血糖對(duì)HMGECs有害,并且II型糖尿病是MGD的危險(xiǎn)因素。最近一項(xiàng)新研究[47]發(fā)現(xiàn)Hedgehog信號(hào)通路參與調(diào)節(jié)小鼠瞼板腺上皮細(xì)胞的增殖和分化。該研究通過(guò)作用于Hedehog的受體——Smoothened,發(fā)現(xiàn)Smoothened的拮抗劑(環(huán)巴胺)會(huì)促進(jìn)SREBPs的表達(dá)和脂質(zhì)的產(chǎn)生,而Smoothened的激動(dòng)劑抑制SREBPs的表達(dá)和脂質(zhì)的蓄積。Hedgehog信號(hào)通路似乎在小鼠瞼板腺上皮細(xì)胞的增殖和分化中起重要作用。SREBPs作為脂質(zhì)生成調(diào)節(jié)的關(guān)鍵因子,而IGF-1和Smoothened拮抗劑能促進(jìn)其表達(dá),從而促進(jìn)脂質(zhì)的產(chǎn)生和蓄積。這可能為治療瞼板腺功能障礙提供了潛在的治療方法。
研究[48]發(fā)現(xiàn):在MGD患者中,脂質(zhì)介質(zhì)水平有所增加。脂質(zhì)介質(zhì)是小的、具有生物活性的信號(hào)脂質(zhì),參與一般性炎癥以及眼表炎癥[49]。不同的脂質(zhì)介質(zhì)可用于評(píng)估不同方面的眼表疾病,如5-羥基二十碳四烯酸、白三烯和18-羥基二十碳五烯,這3種脂質(zhì)介質(zhì)能夠預(yù)測(cè)瞼板腺的臨床梗阻,可能提示有蒸發(fā)型干眼或MGD[48]。二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid,EPA)也是參與眼表炎癥的重要介體[48]。二十碳五烯酸[50]會(huì)上調(diào)與脂質(zhì)合成和誘導(dǎo)細(xì)胞周期退出的相關(guān)基因的表達(dá)來(lái)促進(jìn)脂質(zhì)合成和細(xì)胞分化。
支配瞼板腺的神經(jīng)有自主神經(jīng)和感覺(jué)神經(jīng),節(jié)前自主神經(jīng)纖維在神經(jīng)節(jié)處與神經(jīng)節(jié)后纖維形成突觸,神經(jīng)節(jié)后纖維然后投射到瞼板腺里[51]。瞼板腺腺泡被無(wú)髓神經(jīng)和末端的軸突所包圍,位于末端的囊泡會(huì)釋放神經(jīng)肽P物質(zhì)、降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin gene related peptide,CGRP)、血管活性腸肽(vasoactive intestinal peptide,VIP)、神經(jīng)肽Y(neuropeptide Y,NPY)等物質(zhì)[52]。相應(yīng)的在瞼板腺導(dǎo)管和腺泡細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了VIP、SP、NPY這些物質(zhì)的受體,并且這些受體可能參與了瞼板腺分泌的調(diào)節(jié)[53]。瞼板腺受副交感神經(jīng)纖維支配,而交感神經(jīng)和感覺(jué)神經(jīng)元的貢獻(xiàn)較小[54]。副交感神經(jīng)興奮后,會(huì)分泌VIP。而VIP作為一個(gè)刺激因素,可促進(jìn)人淚腺和眼瞼分泌淚液和瞼脂[55]。在糖尿病患者中,神經(jīng)系統(tǒng)病變是其常見(jiàn)的并發(fā)癥,這可能會(huì)導(dǎo)致瞼板腺的神經(jīng)支配功能障礙[33]。糖尿病患者表現(xiàn)出的角膜敏感性降低和眨眼運(yùn)動(dòng)的減少,導(dǎo)致脂質(zhì)的排除減少、腺管阻塞、腺體分泌停滯以及瞼板腺進(jìn)一步功能障礙[56]。
Bu等[37]認(rèn)為MGD可能與脂質(zhì)代謝有關(guān)。作者假設(shè)腺泡細(xì)胞中過(guò)多的脂質(zhì)蓄積可能誘導(dǎo)了活性氧的產(chǎn)生。在后續(xù)對(duì)ApoE被敲除小鼠的瞼板腺的研究中,作者發(fā)現(xiàn)了氧化應(yīng)激標(biāo)志物3-NT、4-HNE和NOX-4的表達(dá)相對(duì)增加,證實(shí)了氧化應(yīng)激的存在。氧化應(yīng)激可以造成細(xì)胞損傷繼而引起組織發(fā)生炎癥反應(yīng)。所以脂質(zhì)氧化可能是導(dǎo)致載脂蛋白E基因(ApoE)被敲除小鼠發(fā)生MGD的另一種致病機(jī)制。氧化應(yīng)激也可以調(diào)節(jié)PPAR-γ的表達(dá)[57]。在該研究中也檢測(cè)到PPAR-γ的下調(diào)。相應(yīng)的使用PPAR-γ激動(dòng)劑羅格列酮可維持相對(duì)健康的眼表狀況。因此,作者認(rèn)為PPAR-γ激動(dòng)劑可以通過(guò)調(diào)節(jié)瞼板腺組織的氧化應(yīng)激對(duì)高脂血癥引起的MGD具有治療作用。
CD147是一種跨膜蛋白,可通過(guò)誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)來(lái)促進(jìn)組織重塑,從而調(diào)節(jié)瞼板腺細(xì)胞的分化和活性。MMP活性的穩(wěn)定對(duì)維持眼表健康來(lái)說(shuō)至關(guān)重要,MMP失衡則會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的疾病和炎癥[58]。研究[59]發(fā)現(xiàn):CD147沿著基底細(xì)胞定位,并存在于由腺泡分化而來(lái)的瞼板腺細(xì)胞中的離散膜結(jié)構(gòu)域內(nèi)。在CD147敲除小鼠的瞼板腺中,上瞼板和下瞼板中的瞼板腺數(shù)量明顯減少。該研究數(shù)據(jù)表明,在瞼板細(xì)胞中的MMP的活性取決于CD147,并認(rèn)為CD147在維持瞼板腺正常發(fā)育和功能中發(fā)揮一定的作用。此外,作者表明在小鼠中CD147的靶向缺失會(huì)導(dǎo)致瞼板腺畸形,并在體內(nèi)損害瞼板細(xì)胞功能。
證據(jù)[60]表明:在衰老的人和小鼠的瞼板腺中,細(xì)胞增殖在很大程度上減少了,這與組織損失和總的細(xì)胞數(shù)量減少有關(guān)。瞼板腺中,祖細(xì)胞的數(shù)量在老年小鼠中也大大減少了[61]。祖細(xì)胞是形成腺泡基底層并隨后成為產(chǎn)生脂質(zhì)的成熟瞼板腺細(xì)胞的關(guān)鍵來(lái)源[62]。研究[63]表明:色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor,PEDF)在腺泡基底細(xì)胞中的表達(dá)高于分化的腺泡細(xì)胞,老年小鼠的基礎(chǔ)PEDF水平顯著降低,表明PEDF在年齡相關(guān)性MGD中起關(guān)鍵作用。證明PEDF能夠通過(guò)誘導(dǎo)基底細(xì)胞增殖來(lái)有效地恢復(fù)衰老小鼠的瞼板腺功能,從而支持瞼板腺組織的快速更新需求。這提供了一種新的見(jiàn)解,即基底細(xì)胞增殖的誘導(dǎo)可能是一種促進(jìn)年齡相關(guān)性MGD中瞼板腺再生的新方法。
瞼板腺導(dǎo)管阻塞、脂肪形成相關(guān)分子的表達(dá)喪失、神經(jīng)支配的改變、氧化應(yīng)激反應(yīng)、CD147的丟失和PEDF的表達(dá)降低等都可以成為MGD的發(fā)病機(jī)制。糖尿病患者和老年患者可以通過(guò)幾種不同的機(jī)制導(dǎo)致瞼板腺功能障礙。在了解瞼板腺功能障礙的發(fā)病機(jī)制后,根據(jù)其機(jī)制,一些新的治療思路也被提出,如PPAR-γ的激動(dòng)劑(羅格列酮、噻唑烷二酮和EPA)可促進(jìn)瞼板腺脂質(zhì)的產(chǎn)生,來(lái)治療年齡相關(guān)性MGD;限制NETs形成的干預(yù)措施(例如PADI4抑制劑、DNase1/1L-3)是治療阻塞性MGD的候選方法;IL-4作為PPAR-γ的上游調(diào)控因子,可以磷酸化STAT6并相應(yīng)激活PPAR-γ信號(hào)通路,治療年齡相關(guān)性MGD;PEDF則可以誘導(dǎo)瞼板基底細(xì)胞增殖來(lái)治療年齡相關(guān)性MGD。神經(jīng)支配減少誘導(dǎo)產(chǎn)生的MGD,可以嘗試通過(guò)給予神經(jīng)生長(zhǎng)因子類(lèi)藥物來(lái)促進(jìn)神經(jīng)的恢復(fù),治療糖尿病性MGD。同樣,外源性CD147的補(bǔ)足來(lái)增加瞼板細(xì)胞MMP活性和抗炎藥物抑制NETs的產(chǎn)生,也可以治療相關(guān)的MGD。但目前的研究多建立在動(dòng)物上,相關(guān)的一些臨床引用也有待進(jìn)一步去驗(yàn)證。
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