科研成果在教學中的轉(zhuǎn)化研究—以代謝組學為例

魏海峰，蔣海強, 劉 巧

(1.山東中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院，山東 濟南 250011；2.山東中醫(yī)藥大學實驗中心，山東 濟南 250355；3.山東大學實驗畸形學教育部重點實驗室，山東大學基礎(chǔ)醫(yī)學院醫(yī)學遺傳學研究所，山東 濟南 250012)

科研成果在教學中的轉(zhuǎn)化研究—以代謝組學為例

魏海峰1，蔣海強2, 劉 巧3

(1.山東中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院，山東 濟南 250011；2.山東中醫(yī)藥大學實驗中心，山東 濟南 250355；3.山東大學實驗畸形學教育部重點實驗室，山東大學基礎(chǔ)醫(yī)學院醫(yī)學遺傳學研究所，山東 濟南 250012)

代謝組學(metabonomic)是系統(tǒng)生物學研究的重要組成部分，已成為醫(yī)學和生命科學領(lǐng)域的一新興前沿研究熱點。把前沿性代謝組學科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學的內(nèi)容，在科學研究的基礎(chǔ)上，優(yōu)化并充實教學內(nèi)容，實現(xiàn)科研與教學的有機互動，有利于教學水平和學生綜合素質(zhì)的提高。

代謝組學；科研轉(zhuǎn)化教學；實驗教學

代謝組學是繼基因組學和蛋白質(zhì)組學之后發(fā)展起來的一種研究生物系統(tǒng)的組學方法，是將某一生物體或生物系統(tǒng)在一特定的生理時期內(nèi)所有低分子量代謝產(chǎn)物同時進行定性和定量分析的一門學科，是研究“在新陳代謝過程中，生物體內(nèi)代謝產(chǎn)物的變化規(guī)律，揭示機體生命活動代謝本質(zhì)”的科學，它關(guān)注生物體系所有代謝產(chǎn)物的變化，并通過分析體液代謝物組成來確定生物體系的系統(tǒng)生化譜和功能調(diào)控規(guī)律。研究對象主要是針對相對分子質(zhì)量1,000以下的內(nèi)源性小分子，代謝物的種類遠少于基因和蛋白的數(shù)目。應(yīng)用代謝組學和全面性系統(tǒng)策略來理解生物體的疾病過程，這與中醫(yī)學整體觀念和辨證論治思維方式非常相似。

課題組在應(yīng)用代謝組學解決中醫(yī)證候分類和中藥干預(yù)作用機制中取得了一系列成果，筆者針對科研成果不能應(yīng)用于教學即科研與教學脫節(jié)的現(xiàn)象，推動相關(guān)科研成果在儀器分析實驗等課程中轉(zhuǎn)化的應(yīng)用，增加了學生運用現(xiàn)代儀器對中醫(yī)藥理論現(xiàn)代科學解讀的能力。

1 代謝組學簡介

1.1 代謝組學研究方法

代謝組學研究一般包括生物樣品的采集、生物樣品的制備、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與分析等步驟。生物樣品的采集按研究對象來源不同分為動物樣本和人體樣本，設(shè)計實驗時應(yīng)該根據(jù)實驗?zāi)康暮涂刹僮餍浴x器特點等合理選擇生物樣本。代謝組學研究中常用的數(shù)據(jù)采集方法有氣質(zhì)聯(lián)用(LC-MS)、液質(zhì)聯(lián)用(GC-MS)和核磁共振(NMR)，3種技術(shù)各有其優(yōu)缺點，應(yīng)根據(jù)實驗?zāi)康暮侠磉x擇；數(shù)據(jù)處理與分析是對原始數(shù)據(jù)進行信息挖掘和整合，是代謝組學研究的核心內(nèi)容，其步驟一般包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、模式識別與模型評價、生物標記物篩選與鑒定、代謝通路分析與生物學意義闡釋等[1-2]。

1.2 代謝組學研究應(yīng)用

代謝組學在疾病動物模型的確證、藥物篩選、藥效及毒性評價、作用機制和臨床評價等方面有著廣泛的應(yīng)用。代謝組學在疾病研究中的應(yīng)用主要包括病變標記物的發(fā)現(xiàn)、疾病的診斷、治療和預(yù)后的判斷，研究人員通過對機體代謝產(chǎn)物的深入研究，可以判斷機體是否處于正常狀態(tài)，而對基因和蛋白質(zhì)的研究無法得出這樣的結(jié)論，代謝組學研究已經(jīng)診斷出如糖尿病、肥胖癥、代謝綜合征等代謝類疾病。

2 代謝組學科研轉(zhuǎn)化教學的條件[3-5]

2.1 教學基礎(chǔ)與科研基礎(chǔ)結(jié)合的可行性

儀器分析課程、中醫(yī)內(nèi)科學課程分別是省級精品課程和國家中管局重點學科，科研成果來源于國家自然科學基金，二者的結(jié)合構(gòu)建相應(yīng)課程能夠體現(xiàn)我校教學科研強強聯(lián)手的效果，實現(xiàn)高水平科研成果的教學轉(zhuǎn)化以及高水平教學課程的更進一步。

2.2 科研成果具備應(yīng)用于教學的基礎(chǔ)

代謝組學經(jīng)過系列研究，無論是技術(shù)體系、支撐平臺、統(tǒng)計學基礎(chǔ)和生物學意義的闡述均達到自如的程度，在前期的學生講座以及課堂上的介紹中，引起了學生濃厚的興趣，具備應(yīng)用于教學的內(nèi)容基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)。

2.3 具備進一步上升為課程的可行性

代謝組學的內(nèi)容經(jīng)課堂教學進一步根據(jù)學生的反應(yīng)和表現(xiàn)，結(jié)合科研的內(nèi)容，融合儀器分析、中醫(yī)基礎(chǔ)理論、中醫(yī)內(nèi)科學、醫(yī)學統(tǒng)計學等課程，具備上升為一門整合現(xiàn)代科學與傳統(tǒng)中醫(yī)理論一體化課程的相應(yīng)條件，從而建立現(xiàn)代科學視角解讀中醫(yī)理論、中醫(yī)視角看待現(xiàn)代科學技術(shù)相結(jié)合的創(chuàng)新課程。

2.4 課題組人員與學術(shù)水平的基礎(chǔ)

課題組成員承擔本科生、研究生“儀器分析”、“中醫(yī)內(nèi)科學”的講授工作已達十余年，具有較為豐富的教學經(jīng)驗和扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識。 課題組成員都具有良好教育背景，對代謝組學知識有較深入理論研究，并且具有良好的英語聽、說、讀、寫能力。其中已獲得博士學位者4人，博士生導(dǎo)師2人。這支隊伍結(jié)構(gòu)合理、人員穩(wěn)定、師資配置合理，能滿足儀器分析課程雙語教學改革的需要。

2.5 代謝組學前期研究基礎(chǔ)

課題組開展了高血壓病肝陽上亢證和陰陽兩虛證的代謝途徑及代謝網(wǎng)絡(luò)的研究以及平肝方藥干預(yù)自發(fā)性高血壓大鼠的代謝通路及代謝網(wǎng)絡(luò)的研究，不同研究技術(shù)(包括液質(zhì)聯(lián)用、氣質(zhì)聯(lián)用、核磁共振)的代謝組學可以獲得不同的標記物信息，構(gòu)建了高血壓病肝陽上亢證的“證-組”特征代謝網(wǎng)絡(luò)，并發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵靶點包括交感神經(jīng)系統(tǒng)興奮和葡萄糖體內(nèi)代謝環(huán)節(jié)。部分研究成果發(fā)表在《Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine》和《中國中西醫(yī)結(jié)合雜志》等核心期刊，具備了科研轉(zhuǎn)化為教學的可能。

3 代謝組學科研轉(zhuǎn)化教學課程的設(shè)置及實施

根據(jù)國家自然科學基金面上項目“平肝方藥干預(yù)高血壓病肝陽上亢證的代謝機制研究”(NO.30772865)的研究成果，分別針對代謝組學的樣品分析、數(shù)據(jù)處理、應(yīng)用體系在相關(guān)課程開設(shè)相應(yīng)的內(nèi)容：理論教學、技術(shù)講座、實驗操作。

3.1 理論教學

采用理論授課的形式進行，對代謝組學的概念、發(fā)展歷程、研究內(nèi)容、研究方法、研究意義、應(yīng)用范圍、技術(shù)瓶頸與發(fā)展前景等進行詳細的介紹，使學生對代謝組學有全面深刻的認識，以激發(fā)學生的學習興趣。

3.2 技術(shù)講座

技術(shù)講座的主要目的是對代謝組學研究中涉及到的樣品的采集與制備、樣品的儀器分析、數(shù)據(jù)的處理與分析等技術(shù)進行全面的講解，采用講座與示教的方式進行，讓學生初步掌握代謝組學研究的方法，為后續(xù)實驗課程的順利開展奠定基礎(chǔ)。

3.3 實驗操作

圖1 正離子模式下血清總離子流圖

圖2 正離子模式下正常組、模型組和治療組的 PLS-DA 得分圖和S-plot 圖

實驗名稱：鉤藤干預(yù)自發(fā)性高血壓大鼠的血清代謝組學。采用高效液相色譜-飛行時間質(zhì)譜(HPLC-TOF/MS)結(jié)合模式識別技術(shù)，研究鉤藤干預(yù)高血壓大鼠血清內(nèi)源性代謝物的變化，尋找其潛在生物標志物及相關(guān)的代謝通路，以探索鉤藤治療高血壓病的作用機制。圖1、圖2是對實驗數(shù)據(jù)進行處理后得到的結(jié)果，通過分析實驗結(jié)果找到潛在生物標志物及相關(guān)代謝通路，進而對鉤藤治療高血壓病的作用機制進行闡釋。從生物樣品的采集、生物樣品的制備、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與分析、直到最后得出結(jié)果與結(jié)論，每一步實驗都是在培養(yǎng)學生運用所學知識分析問題、解決問題的實踐能力，激發(fā)學生的學習主動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和團隊合作能力。

4 代謝組學科研轉(zhuǎn)化教學的意義

科學研究的成果在教學中的及時體現(xiàn)，能充實和改革教學內(nèi)容，有利于引導(dǎo)學生在課堂教育的基礎(chǔ)上深入鉆研學科的內(nèi)容，提高學生的綜合素質(zhì)，提高教師對相關(guān)學科前沿的理解，能促進師資隊伍建設(shè)和教學環(huán)境的改善，尋求建立一個對醫(yī)藥專業(yè)行之有效的科研成果向教學轉(zhuǎn)化的方法，而代謝組學技術(shù)能夠吻合中醫(yī)特色，從而有效結(jié)合現(xiàn)代科學技術(shù)和和中醫(yī)藥系統(tǒng)生物學技術(shù)，進而增加學生的中醫(yī)藥理論現(xiàn)代科學解讀的能力，從而形成“科研水平提高-教學質(zhì)量提高-學生質(zhì)量提高”的良性循環(huán)。

[1] 黃 寅,許風國,張 偉,等.藥物代謝組學研究進展[J].中國藥科大學學報,2013,44(2):105-112.

[2] 許國旺,路 鑫,楊勝利.代謝組學研究進展[J].中國醫(yī)學科學院學報,2007,29(6): 701-711.

[3] 柳潤輝,陳海生,李慧梁,等.科研項目轉(zhuǎn)化為探究性實驗的教學實踐[J].藥學教育,2013,29(6):37-38.

[4] 邢 軍,王兆月,耿 鑫,等.生物信息學科研轉(zhuǎn)化教學的方法與實踐[J].中國高等醫(yī)學教育,2010(7):113-114.

[5] 季 祥,趙秀娟,趙宏宇,等.科研成果轉(zhuǎn)化為本科教學內(nèi)容的探討[J].科技資訊,2011(7):167-168.

(本文文獻格式：魏海峰，蔣海強,劉 巧.科研成果在教學中的轉(zhuǎn)化研究—以代謝組學為例[J].山東化工,2017,46(11):151-152,155.)

Study on the Transformation in the Teaching of Pharmaceutical Research Achievements

WeiHaifeng1,JiangHaiqiang2,LiuQiao3

(1. The first clinical medical college of Shandong University of Traditional Chinese Medicine, Jinan 250011,China; 2. Experience Center of Shandong University of Traditional Chinese Medicine, Jinan 250355, China; 3. The Key Laboratory of Experimental Teratology,Ministry of Education and Department of Molecular Medicine and Genetics,Shandong University School of Basic Medical Sciences,Jinan 250012,China)

Metabonomics is an important part of systems biology,and it has become a new frontier in the field of medicine and life sciences.Turn the leading edge of scientific research into teaching content,optimize and enrich the teaching content to realize the organic interaction between scientific research and teaching based on scientific research.And it is beneficial to the improvement of teaching level and students' comprehensive quality.

metabonomic;scientific research into teaching;practice of teaching

2017-04-07

山東省重點研發(fā)計劃項目(No：2016GGE27453)；山東省優(yōu)秀中青年科學家科研獎勵基金項目(2013BSE27074)

魏海峰(1979—)，男，山東濟南人，講師，碩士，主要從事組學研究及影像教學；通信作者：劉 巧。

G642

B

1008-021X(2017)11-0151-02