運(yùn)用“人類遺傳病”培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維與社會(huì)責(zé)任意識(shí)

趙曉康 易琴 謝建平

摘要 就近五年高考題中涉及的人類遺傳病及其致病機(jī)制進(jìn)行探討，為本節(jié)課程的教學(xué)要點(diǎn)及教學(xué)策略提供建議，從而更好地培養(yǎng)中學(xué)生的科學(xué)思維與社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

關(guān)鍵詞 人類遺傳病 致病機(jī)制 高考生物 科學(xué)思維 社會(huì)責(zé)任

中圖分類號(hào)G633. 91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》實(shí)施的基本任務(wù)是提高每個(gè)中學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)。社會(huì)責(zé)任和科學(xué)思維是生物學(xué)核心素養(yǎng)的重要組成部分。社會(huì)責(zé)任要求學(xué)生能夠以造福人類的態(tài)度和價(jià)值觀對(duì)涉及生物學(xué)的議題做出合理解釋，并能夠主動(dòng)為他人宣講健康生活和關(guān)愛生命等知識(shí)?？茖W(xué)思維部分強(qiáng)調(diào)，學(xué)生應(yīng)在學(xué)習(xí)過(guò)程中逐步發(fā)展科學(xué)思維，能夠運(yùn)用科學(xué)思維探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律。人類遺傳病的相關(guān)內(nèi)容是培養(yǎng)學(xué)生社會(huì)責(zé)任和科學(xué)思維的良好素材。

1 近五年高考題中涉及的人類遺傳病

人類遺傳病通常是指由于遺傳物質(zhì)改變而引起的人類疾病，主要分為單基因遺傳病，多基因遺傳病和染色體異常遺傳病。人教版中學(xué)生物教材中《必修2.遺傳與進(jìn)化》第五章第三節(jié)講述了人類遺傳病?！叭祟愡z傳病”一節(jié)是學(xué)生熟悉遺傳變異與人類健康最直接的素材，但教材中對(duì)人類遺傳病的致病機(jī)理講述甚少，且基因治療方案只在課后作為閱讀材料。綜合查閱歷年各地高考題發(fā)現(xiàn)，人類遺傳病在高考題中涉及得不多，但各種類型都有呈現(xiàn)，包括伴性遺傳病紅綠色盲、常染色體顯性遺傳病短指癥、常染色體隱性遺傳病白化病、染色體變異貓叫綜合癥等（表1）。

2 人類遺傳病主要致病機(jī)制及基因治療

2.1 紅綠色盲

紅視蛋白基因和綠視蛋白基因位于Xq28區(qū)域。該基因編碼視錐細(xì)胞的紅綠視錐蛋白，當(dāng)有光刺激時(shí)，該色素分子吸收光子使11-順視黃醛變?yōu)槿词揭朁S醛，并與視蛋白分離，引起視細(xì)胞膜離子通道開放，產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)。其異常或其啟動(dòng)子異?？蓪?dǎo)致對(duì)長(zhǎng)波和中波敏感的光色素?zé)o法產(chǎn)生相應(yīng)的色覺信號(hào)。

2.2 血友病

由不同的凝血因子異常導(dǎo)致不同類型的血友病。凝血因子Ⅷ異常導(dǎo)致A型血友病，凝血因子Ⅸ異常導(dǎo)致B型血友病，兩者位于X染色體上。點(diǎn)突變、插入突變、基因缺失、基因重排都能導(dǎo)致凝血因子Ⅷ的功能喪失從而導(dǎo)致A型血友病。而B型血友病則是由凝血因子Ⅸ缺失或者點(diǎn)突變導(dǎo)致，點(diǎn)突變影響范圍較廣，包括導(dǎo)致因子Ⅸ的激活受阻，影響外源凝血系統(tǒng)組織因子激活因子X，影響因子Ⅸ與Ca2+結(jié)合及與磷脂膜結(jié)合，影響RNA轉(zhuǎn)錄及拼接導(dǎo)致因子Ⅸ合成減少等。因子Ⅷ在凝血過(guò)程的激活階段最先被釋放，隨后與其他因子（包括因子Ⅸ）形成凝血酶原激活物，最后因子Ⅷ參與催化纖維蛋白的形成。

2.3 抗維生素D佝僂病

抗維生素D佝僂病主要由X染色體上內(nèi)肽酶同源性調(diào)磷基因異常導(dǎo)致。PHEX基因突變會(huì)增加成纖維生長(zhǎng)因子23（FCF23）的含量，F(xiàn)GF23可降低2a型和2c型鈉磷共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)，從而降低腎小管對(duì)磷的重吸收，導(dǎo)致磷含量的下降。

2.4 短指癥

短指癥致病基因參與的信號(hào)通路主要有四條：hedgehog通路（hedgehog signaling pathway）、NOTCH通路（NOTCH signaling pathway）、WNT信號(hào)通路（wingless-related MMTV integration site signaling path-way）和BMP通路（bone morphogenetic protein signalingpathway）。大部分致病基因參與BMP信號(hào)通路。其他短指致病基因通過(guò)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系四條信號(hào)通路，最終影響B(tài)MP2、lHH、DLX5/MSX2/RUNX2等蛋白的表達(dá)，而這些蛋白直接參與指（趾）骨發(fā)育。

2.5 白化病

白化病是一組以色素缺失和視力差為主要臨床表現(xiàn)的遺傳性疾病，包括眼白化病（ Ocular albinism，OA）和眼皮膚白化?。∣culocutaneous albinism，OCA）。高中生物學(xué)教材上講的白化病屬于OCA1類白化病，為常染色體隱性遺傳。黑色素合成異常是白化病的直接病因。三個(gè)酪氨酸酶一類酶參與黑色素的合成，分別是酪氨酸酶（TYR）和酪氨酸酶一相關(guān)蛋白1和2 （TYRPI和TYRP2）。酪氨酸在TYR的作用下生成多巴醌和多巴色素，多巴色素在TYRP2和TYRPI的作用下合成5，6-吲哚醌一羧酸，最后形成真黑素。

2.6 遺傳病的基因治療

基因治療是指用正常的基因取代或修補(bǔ)病人細(xì)胞中有缺陷的基因。隨著基因編輯技術(shù)的日漸成熟，該技術(shù)在很大程度上推進(jìn)基因治療的發(fā)展。但在人教版教材中基因治療僅呈現(xiàn)于“科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)”課后閱讀材料，沒有引起足夠的重視?；蚓庉嫾夹g(shù)是指利用基因編輯工具制造靶向雙鏈DNA斷裂，利用細(xì)胞修復(fù)機(jī)制制造DNA的缺失或者將目的基因插入靶向位置。2012年問(wèn)世的CRISPR/Cas基因編輯系統(tǒng)由于其操作簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛，迅速成為基因治療領(lǐng)域的熱點(diǎn)，并獲美國(guó)FDA首個(gè)批準(zhǔn)的可用于人體的基因編輯工具。2017年，美國(guó)科學(xué)家首次運(yùn)用該系統(tǒng)治愈亨特綜合癥。2018年瑞士科學(xué)家利用該技術(shù)來(lái)修復(fù)地中海貧血癥的基因異常。但是CRISPR/Cas的有效性和脫靶效應(yīng)使得該技術(shù)的應(yīng)用仍然具有挑戰(zhàn)性。

3 人類遺傳病教學(xué)要點(diǎn)及可實(shí)施策略

3.1 教學(xué)要點(diǎn)

除了給學(xué)生講授人類遺傳病的分類（包括基因突變、染色體變異、顯隱性）、發(fā)病概率的計(jì)算和家族系譜圖以外，教師還應(yīng)幫助學(xué)生了解遺傳病的致病機(jī)制、如何攻克人類遺傳病與人類遺傳病相關(guān)職業(yè)3個(gè)部分。致病機(jī)制的講解可以讓學(xué)生更深入地了解遺傳病的發(fā)病原因，并且對(duì)細(xì)胞生物學(xué)中信號(hào)通路有初步的認(rèn)識(shí)?；蛑委熥鳛楣タ诉z傳病的主要手段，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)可以認(rèn)識(shí)到遺傳病不是無(wú)藥可救的，除了可監(jiān)測(cè)、可預(yù)防之外，遺傳病是有治愈的可能的。雖然，目前關(guān)于遺傳病的治療技術(shù)尚不成熟，但對(duì)基因治療的學(xué)習(xí)可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。對(duì)人類遺傳病相關(guān)職業(yè)的了解，如臨床醫(yī)生、基因工程藥物開發(fā)，可以培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)觀。

3.2 教學(xué)策略

遺傳病致病機(jī)制的學(xué)習(xí)可采取啟發(fā)式的教學(xué)策略。教師可提出問(wèn)題：遺傳物質(zhì)發(fā)生改變?nèi)绾螌?dǎo)致患病性狀？引發(fā)學(xué)生對(duì)遺傳病深層次致病機(jī)制產(chǎn)生興趣。教師分步驟講解致病機(jī)制中涉及的蛋白及其相互作用，使學(xué)生熟悉遺傳病形成的致病機(jī)制，引導(dǎo)學(xué)生了解可以采用基因治療的方法加以干預(yù)。

3.3 培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

思維是人腦對(duì)客觀事物一般特性和規(guī)律的概括、間接的反應(yīng)過(guò)程。科學(xué)思維是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問(wèn)題的思維習(xí)慣和能力。培養(yǎng)科學(xué)思維可以使學(xué)生牢固掌握基本知識(shí)，提高學(xué)生的認(rèn)知能力和發(fā)展智力。在科學(xué)思維中，邏輯思維是核心過(guò)程。以人類遺傳病涉及的致病機(jī)制作為培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維的材料非常合適。

例如，以白化病得學(xué)習(xí)為例，教師首先創(chuàng)設(shè)問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生思維：為什么白化病基因突變會(huì)導(dǎo)致白化?。堪谆』蚓幋a什么蛋白質(zhì)？該蛋白質(zhì)與黑色素的聯(lián)系是什么？接著，解釋酪氨酸酶是如何影響黑色素的合成，使學(xué)生理解酪氨酸酶及其下游蛋白的功能。教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)、歸納白化病致病機(jī)制中涉及的蛋白質(zhì)及其他物質(zhì)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到該過(guò)程中各種物質(zhì)的內(nèi)在相互聯(lián)系。最后，教師舉出遺傳病中涉及的酶類及物質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生嘗試闡釋相應(yīng)致病機(jī)制。學(xué)生通過(guò)分析，可以提高思維品質(zhì)的深刻性，牢固掌握遺傳病的基本知識(shí)，了解基因與表型之間內(nèi)在的邏輯關(guān)系，從而培養(yǎng)邏輯思維能力。

3.4 培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任

社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)是指基于生物學(xué)的認(rèn)識(shí)、參與個(gè)人與社會(huì)事務(wù)的討論，作出理性解釋和判斷，解決生產(chǎn)生活問(wèn)題的擔(dān)當(dāng)和能力。社會(huì)責(zé)任的培養(yǎng)目標(biāo)要求學(xué)生能夠充分利用生物學(xué)知識(shí)宣傳引導(dǎo)。人類遺傳病在人群中普遍存在，僅僅讓學(xué)生了解掌握人類遺傳病的遺傳規(guī)律還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。致病機(jī)制及其基因治療的學(xué)習(xí)能夠使學(xué)生更加深入地掌握遺傳病的內(nèi)在機(jī)理，能夠?yàn)樾麄?、科普人類遺傳病及宣講如何預(yù)防、治療人類遺傳病打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)，教師可整合校內(nèi)外資源：①了解醫(yī)院臨床上檢測(cè)遺傳病的方法，有條件的可做遺傳病檢測(cè)、治療方法的調(diào)查，讓學(xué)生深入了解人類遺傳病的致病機(jī)制和檢測(cè)治療的策略;②走出校園，主動(dòng)為社區(qū)居民宣講人類遺傳病相關(guān)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生宣傳引導(dǎo)的能力。

4 結(jié)語(yǔ)

人類疾病與人類健康直接相關(guān)。遺傳病在遺傳與變異章節(jié)的最后部分，是學(xué)生深入了解遺傳與變異的重要材料。教師促進(jìn)學(xué)生理解人類遺傳病的發(fā)病機(jī)制，不僅能夠加深學(xué)生對(duì)遺傳變異的認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生了解到遺傳病是可檢測(cè)、可預(yù)防、可治療的，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)和邏輯思維能力。總之，人類遺傳病致病機(jī)制的講解是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要方法。

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