可視化生信教學(xué)在“腫瘤信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)”教學(xué)中的應(yīng)用初探

白辰光 劉曉紅 鄭建明

[摘 要] “腫瘤信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)”一直是“腫瘤病理生物學(xué)”教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，可視化生物信息學(xué)教學(xué)模式以生物信息學(xué)在線數(shù)據(jù)庫為教學(xué)資源平臺(tái)，借助可視化圖片、三維模式圖等講解腫瘤信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的定義、經(jīng)典通路，并分析靶向藥物作用機(jī)制及臨床常用靶向藥物等內(nèi)容。通過在線數(shù)據(jù)庫分析，增加了師生間的交流互動(dòng)，學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性明顯提高。多數(shù)學(xué)生認(rèn)為該教學(xué)模式可以為研究生課題設(shè)計(jì)提供思路和方法，并有助于將所學(xué)內(nèi)容聯(lián)系臨床，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)和臨床醫(yī)療實(shí)踐的相互促進(jìn)?？梢暬镄畔W(xué)教學(xué)模式不僅能提高教學(xué)效果，將授課內(nèi)容與臨床實(shí)踐相結(jié)合，還可為醫(yī)學(xué)研究生課題設(shè)計(jì)提供思路和方法，值得在研究生教學(xué)中推廣應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞] 可視化生物信息學(xué);教學(xué)模式;腫瘤信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo);醫(yī)學(xué)研究生

[基金項(xiàng)目] 2015年度上海衛(wèi)生計(jì)生系統(tǒng)重要薄弱學(xué)科建設(shè)計(jì)劃“病理與檢驗(yàn)學(xué)”（2015ZB0202）

[作者簡(jiǎn)介] 白辰光（1976—），男（滿族），河北邢臺(tái)人，醫(yī)學(xué)博士，海軍軍醫(yī)大學(xué)長(zhǎng)海醫(yī)院副教授，主要從事腫瘤病理診斷和病理學(xué)研究;劉曉紅（1976—），女，山東濟(jì)寧人，醫(yī)學(xué)博士，海軍軍醫(yī)大學(xué)長(zhǎng)海醫(yī)院副研究員（通信作者），主要從事疾病分子機(jī)制研究。

[中圖分類號(hào)] G642 ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）28-0140-04 ? ?[收稿日期] 2020-12-26

“腫瘤病理生物學(xué)”課程中的“腫瘤信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)”部分的教學(xué)目的，是讓學(xué)生了解信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中的重要作用。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)具有動(dòng)態(tài)性、專一性、網(wǎng)絡(luò)化特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且涉及面廣，一種分子轉(zhuǎn)換的信號(hào)，可通過一條或多條信號(hào)通路轉(zhuǎn)換，而不同類型分子轉(zhuǎn)換的信號(hào)，也可通過相同的信號(hào)通路進(jìn)行傳遞。因此，如何厘清信號(hào)通路之間的交互關(guān)系、增強(qiáng)教學(xué)的趣味性、提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，一直是“腫瘤信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)”教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1，2]。當(dāng)前，靶向阻斷腫瘤惡性進(jìn)展關(guān)鍵信號(hào)通路已成為腫瘤治療的新興領(lǐng)域，并成功應(yīng)用于臨床。針對(duì)授課對(duì)象是即將邁入臨床的醫(yī)學(xué)研究生這一群體，如何有效地將國內(nèi)外最新研究進(jìn)展、臨床應(yīng)用現(xiàn)狀與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，從而有助于學(xué)生將課程中所學(xué)到的內(nèi)容應(yīng)用于日后的臨床實(shí)踐，提高其科研分析能力和臨床應(yīng)用能力，是教學(xué)實(shí)踐中亟須面臨的課題。

針對(duì)以上問題，我們從學(xué)生的實(shí)際情況出發(fā)，將可視化生物信息學(xué)教學(xué)模式應(yīng)用于“腫瘤信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)”的教學(xué)實(shí)踐中，有效解決了教學(xué)內(nèi)容枯燥、學(xué)生無法將所學(xué)內(nèi)容與臨床應(yīng)用相結(jié)合等問題，為授課教員提供了一種有效的教學(xué)方法。近年來，隨著生物信息學(xué)的快速發(fā)展，特別是可視化數(shù)據(jù)庫的建立為腫瘤生物研究和靶向治療提供了豐富的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，而可視化生物信息學(xué)輔助教學(xué)模式可以讓學(xué)生了解常用的在線生物信息學(xué)分析工具，通過大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行課題模擬設(shè)計(jì)，有助于培養(yǎng)研究生的科研思維，提高研究生的科研能力。

一、課程設(shè)計(jì)實(shí)施

（一）課程設(shè)置特點(diǎn)

與以往課程比較，刪除文字描述為主的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的教學(xué)內(nèi)容;以生物信息學(xué)在線數(shù)據(jù)庫為教學(xué)資源平臺(tái)，將抽象的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路簡(jiǎn)化為可視化的模式圖，并用不同顏色線段、符號(hào)等直觀展示通路中各分子之間的調(diào)控關(guān)系;在可視化模式圖的基礎(chǔ)上，增加靶向藥物分類、作用靶點(diǎn)和阻斷機(jī)制等研究?jī)?nèi)容;根據(jù)靶向藥物的作用機(jī)制，講解臨床常用的一線、二線靶向藥物。

（二）授課內(nèi)容設(shè)計(jì)

授課內(nèi)容分為三部分：第一部分，首先引出信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與腫瘤的發(fā)生發(fā)展及治療密切相關(guān)，簡(jiǎn)要介紹信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的定義和基本過程，通過示意圖方式描述“接受信號(hào)→信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)→細(xì)胞應(yīng)答”的過程，采用CST pathway、Sabiosciences數(shù)據(jù)庫通路圖講解信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的專一性、復(fù)雜性、網(wǎng)絡(luò)化。第二部分，講解腫瘤發(fā)展過程中配體、受體、信號(hào)蛋白、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常的常見機(jī)制;重點(diǎn)介紹細(xì)胞膜生長(zhǎng)因子受體分子異常（突變、異常擴(kuò)增等）與腫瘤類型、發(fā)生發(fā)展、靶向治療的關(guān)系，采用PROSITE、SWISS MODEL數(shù)據(jù)庫三維模型圖（見圖1）動(dòng)態(tài)講解表皮生長(zhǎng)因子受體（Epidermal Growth Factor Receptor，EGFR）、胰島素生長(zhǎng)因子受體（InSulin-like Growth Factor Receptor，IGFR）等的蛋白結(jié)構(gòu)域、生長(zhǎng)因子結(jié)合位點(diǎn)、酪氨酸激酶磷酸化位點(diǎn)等功能區(qū)域，并以TCGA數(shù)據(jù)庫為平臺(tái)，分析肺癌、大腸癌等常見腫瘤中生長(zhǎng)因子受體突變熱點(diǎn)區(qū)域;隨后講解生長(zhǎng)因子受體激活的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，采用My Cancer Genome數(shù)據(jù)庫講解生長(zhǎng)因子受體所激活的下游信號(hào)通路，圖示信號(hào)通路的家族成員之間的交互作用。第三部分，以EGFR為代表，采用My Cancer Genome數(shù)據(jù)庫講解靶向藥物（單克隆抗體、小分子酪氨酸激酶抑制劑）設(shè)計(jì)思路，在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的作用位點(diǎn)和作用機(jī)制;并在此基礎(chǔ)上，通過My Cancer Genome數(shù)據(jù)庫大數(shù)據(jù)分析（見圖2），講解EGFR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路靶向藥物的作用靶點(diǎn)、作用機(jī)制、臨床應(yīng)用指征、耐藥機(jī)制等;最后，通過具體的臨床病例，引導(dǎo)學(xué)生選擇腫瘤靶向藥物。

二、教學(xué)效果評(píng)價(jià)

（一）課堂教學(xué)效果

教學(xué)效果良好，學(xué)生注意力集中，認(rèn)真思考。通過在線數(shù)據(jù)庫分析，增加了師生互動(dòng)環(huán)節(jié)，避免了“教師單純講、學(xué)生單純聽”的單向教學(xué)模式，由“紙上談兵”轉(zhuǎn)變?yōu)椤熬€上模擬”。加之工具網(wǎng)站提供的可視化的多樣化結(jié)果展示方式，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性明顯提高，達(dá)到了良好的雙向互動(dòng)的目的。

（二）教學(xué)效果評(píng)價(jià)

課后發(fā)放問卷調(diào)查表，評(píng)價(jià)教學(xué)效果，問卷內(nèi)容分為兩部分：第一部分為學(xué)習(xí)內(nèi)容考核;第二部分為問卷調(diào)查分析（表1是問卷調(diào)查內(nèi)容及各比例分值分配）。其中學(xué)習(xí)內(nèi)容考核結(jié)果表明，100%（36/36）的學(xué)生能掌握信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)章節(jié)的主要概念，88.9%（32/36）的學(xué)生能夠描述經(jīng)典信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及其相關(guān)靶向治療藥物，教學(xué)效果得到極大的提高。問卷調(diào)查結(jié)果表明，100%學(xué)生認(rèn)為“可視化生物信息學(xué)教學(xué)模式”有助于課程學(xué)習(xí)和對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，認(rèn)為生物信息學(xué)教學(xué)為其研究生課題設(shè)計(jì)提供了思路和方法，91.7%（33/36）學(xué)生認(rèn)為該教學(xué)模式開闊了其科研視野;100%學(xué)生表示他們將會(huì)把生物信息學(xué)分析應(yīng)用到他們今后的課題研究實(shí)踐之中。問卷調(diào)查結(jié)果亦表明，100%學(xué)生認(rèn)為“可視化生物信息學(xué)教學(xué)模式”有助于將所學(xué)內(nèi)容聯(lián)系臨床、強(qiáng)化教學(xué)效果。83.3%（30/36）學(xué)生認(rèn)為在今后的臨床工作中，他們會(huì)選擇My Cancer Genome等數(shù)據(jù)庫作為臨床用藥的參考。