科研成果融入《病理生理學(xué)》課堂教學(xué)的探索

李晉 唐薇薇 申蓮花 袁冰舒 徐尚福 李麗娟

當(dāng)前，國家大力實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，高度重視科研成果轉(zhuǎn)化工作，科研育人已成為現(xiàn)今教育創(chuàng)新的重要特征[1-2]。醫(yī)學(xué)高等院校生存和發(fā)展面臨的重要問題即構(gòu)建科教融合和諧體系，促進醫(yī)學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)，提升辦學(xué)水平和質(zhì)量。只有將教學(xué)和科研相互融合，科研工作圍繞教學(xué)核心，理論教學(xué)促進科學(xué)研究不斷探索，才能實現(xiàn)科研與教學(xué)有機結(jié)合，共同發(fā)展。醫(yī)學(xué)專任教師作為高等醫(yī)學(xué)院校培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的主體，是培養(yǎng)人才的中堅力量，對科研和教學(xué)關(guān)系的處理直接影響醫(yī)學(xué)院校的內(nèi)涵建設(shè)和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[3-5]?！恫±砩韺W(xué)》是醫(yī)學(xué)本科教學(xué)的基礎(chǔ)和交叉課程之一，整個教學(xué)內(nèi)容中包含原因與結(jié)果、損傷與抗損傷、主要矛盾與次要矛盾等辯證關(guān)系，是醫(yī)學(xué)中的哲學(xué)，涉及概念繁多、理論抽象，同時兼顧實驗性，重點培養(yǎng)學(xué)生辯證分析問題和科學(xué)研究的能力[6]。但由于學(xué)習(xí)難度較高且內(nèi)容相對枯燥，往往使得處于基礎(chǔ)學(xué)習(xí)階段的醫(yī)學(xué)生覺得病理生理學(xué)晦澀難懂，各種機制邏輯關(guān)系復(fù)雜，學(xué)習(xí)過程中易造成簡單的死記硬背現(xiàn)象，出現(xiàn)畏難甚至厭學(xué)情緒，難以收到良好的教學(xué)效果。如果教師能將科研成果引入病理生理學(xué)的課堂教學(xué)，比如將信號通路的最新研究成果、凋亡細胞的圖片以及肝性腦病動物模型等分別融入對應(yīng)的章節(jié)，不僅使枯燥的學(xué)習(xí)內(nèi)容生動有趣化，還能激發(fā)學(xué)生的好奇心，了解前沿科學(xué)的發(fā)展，在幫助學(xué)生理解記憶書本知識的同時，提升學(xué)生的科研思維能力，促進學(xué)生綜合素質(zhì)的全面提升。

1 科研成果融入課堂教學(xué)的必要性

《病理生理學(xué)》是一門研究疾病發(fā)生、發(fā)展過程中機體功能和代謝改變規(guī)律及機制的學(xué)科，作為聯(lián)系基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)的“橋梁學(xué)科”[7]，是重要的醫(yī)學(xué)理論課程之一。與醫(yī)學(xué)生已經(jīng)學(xué)過的人體解剖學(xué)、病理學(xué)和組織胚胎學(xué)等以形態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)的課程不同，病理生理學(xué)的理論主要來自實驗研究和臨床觀察等，揭示人體疾病隱藏的規(guī)律和機制，很多理論比較抽象，看不見也摸不著，使人難以理解和記憶，如果能將實驗研究取得的科研成果與病理生理學(xué)課堂教學(xué)緊密聯(lián)系起來，使枯燥的課程豐富多彩化，既能夠激發(fā)醫(yī)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲，又有助于幫助醫(yī)學(xué)生梳理疾病發(fā)生的規(guī)律和機制，甚至還能引導(dǎo)醫(yī)學(xué)生形成早期的科研思維，具有可行性和必要性。

2 科研成果融入“細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)異常與疾病”的設(shè)計

對于多細胞生物，細胞與細胞之間不是孤立存在的，而是通過細胞間的信息交流協(xié)調(diào)活動來完成有序的生命活動，細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是細胞間信息交流的重要方式之一。細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)指細胞通過位于胞膜或胞內(nèi)受體，接受細胞外信號，通過細胞內(nèi)復(fù)雜的級聯(lián)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，進而調(diào)節(jié)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的活性或基因表達，使細胞發(fā)生相應(yīng)生物學(xué)效應(yīng)的過程[7]。信號通路復(fù)雜繁多、調(diào)控錯綜交叉是細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的特點，也是醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)的難點與重點[8]。同時，細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及其調(diào)控是近年細胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點之一，越來越多的研究表明，細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)異常與多種疾病比如腫瘤、糖尿病、肝臟疾病、腎臟疾病等的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后直接相關(guān)，闡明它們的作用機制對于認(rèn)識疾病的本質(zhì)具有重要意義。如果在這一章節(jié)的講授中加入細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)最新科研成果，不僅能夠幫助學(xué)生熟練掌握細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，并且對醫(yī)學(xué)生科研思維的啟迪與科研興趣的培養(yǎng)具有重要的作用。比如在介紹受體酪氨酸蛋白激酶介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑這部分內(nèi)容時，增加絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號通路的研究進展。近年，世界范圍內(nèi)最吸睛的研究方向即細胞信號通路與腫瘤之間千絲萬縷的聯(lián)系。MAPK 信號通路是細胞中大佬級別的信息傳遞鏈，參與細胞的生長、發(fā)育、分化、凋亡等一系列細胞生理活動，是誘發(fā)腫瘤產(chǎn)生的重災(zāi)區(qū)，使學(xué)生對MAPK 信號通路有了初步了解。接下來和學(xué)生分享近年來有關(guān)MAPK 的科研成果。比如研究發(fā)現(xiàn)62 例肺癌患者的癌組織中MAPK 蛋白表達明顯增高，且與預(yù)后關(guān)系密切，提示MAPK 可能參與肺癌的發(fā)生及發(fā)展過程[9]。對20 例食管癌高發(fā)人群哈薩克族患者手術(shù)治療前進行血液中游離DNA 檢測，發(fā)現(xiàn)MAPK基因表達檢出率顯著高于健康人群，說明檢測食管癌患者血液游離DNA 中是否含MAPK 基因，將有助于判斷腫瘤惡性程度、治療效果和預(yù)后[10]。MAPK 還可促進血管內(nèi)皮細胞增殖和新血管生成。新血管生成后可為腫瘤提供更多的營養(yǎng)，加速腫瘤的生長，促進癌細胞的擴散[11]。另外，研究人員還針對阻斷MAPK 途徑篩選出抗腫瘤藥物，比如從中草藥三葉青中提取的三葉青總黃酮，通過阻斷MAPK 信號途徑抑制體外培養(yǎng)的多株乳腺癌細胞增殖[12]，其中涉及細胞增殖和凋亡的概念，更為后續(xù)章節(jié)設(shè)置懸念。這一章的課堂講授與信號通路有關(guān)的科研成果相融合，既能擴寬學(xué)生的視野，又能激發(fā)學(xué)生的科研熱情，使學(xué)生加深對書本理論知識的理解。

3 科研成果融入“細胞增殖和凋亡異常與疾病”的設(shè)計

細胞是構(gòu)成生命有機體的基本單位。細胞通過分裂增加其數(shù)量，通過凋亡清除衰老、突變或受損的細胞。“細胞增殖和凋亡異常與疾病”章節(jié)的第一節(jié)主要介紹細胞周期及其調(diào)控、細胞周期調(diào)控異常與疾?。坏诙?jié)主要介紹細胞凋亡的概述、調(diào)控以及調(diào)控異常與疾病。這一章的內(nèi)容正好與上一章節(jié)呼應(yīng)，解釋什么是細胞增殖和凋亡。本章教學(xué)內(nèi)容大多比較抽象和枯燥，由于缺乏對專業(yè)的感性認(rèn)識，學(xué)生對缺乏直觀形象的抽象專業(yè)知識似懂非懂，只能通過死記硬背的方法記憶，長久下來會覺得這門課程乏味且晦澀難懂，失去學(xué)習(xí)興趣。為此，將檢測細胞增殖和細胞凋亡的經(jīng)典實驗融入課堂的講授中，讓抽象的細胞增殖和凋亡形象化，使同學(xué)們真真切切觀察到增殖和凋亡的細胞。比如第一節(jié)細胞增殖部分，事先設(shè)計如下實驗：將A549（肺癌細胞株）接種于96 孔板，待24 h 細胞貼壁后，分別設(shè)置空白對照組（不給藥）、不同濃度給藥組（依次加入不同濃度的抗腫瘤藥物——順鉑），48 h 后倒置顯微鏡下觀察拍照。在課堂講授開始時，即可引入此照片，通過對不同細胞分組的觀察，發(fā)現(xiàn)空白對照組的細胞最多最緊密，說明細胞增殖最快，各給藥組隨著給藥濃度逐漸增加，細胞越來越少，說明在抗腫瘤藥物順鉑的抑制下細胞增殖逐漸減慢，隨即提出細胞增殖的快慢與細胞周期及其調(diào)控有關(guān)，讓學(xué)生對細胞增殖有了形象的理解后再轉(zhuǎn)入到抽象的機制學(xué)習(xí)，增強學(xué)習(xí)的目的性。在第二節(jié)細胞凋亡部分，同樣設(shè)計了檢測凋亡的經(jīng)典實驗：將A549（肺癌細胞株）接種于6 孔板，待24 h 細胞貼壁后，設(shè)置空白對照組和給藥組（順鉑），將細胞繼續(xù)孵育48 h 后，采用細胞凋亡熒光Hoechst33342/碘化丙啶（propidium lodide，PI）雙染法對細胞進行染色[13]，倒置熒光顯微鏡下觀察拍照。在課堂講授介紹細胞凋亡的調(diào)控后，插入實驗結(jié)果圖片，并簡單介紹Hoechst33342 和PI 兩種核酸熒光染料的區(qū)別，由于凋亡細胞的細胞膜通透性增加，所以分子量小的Hoechst33342 穿透細胞膜，凋亡細胞的細胞核由于濃集而呈亮藍色，或核呈分葉，碎片狀，邊集呈現(xiàn)亮藍色。而PI 分子量大，不能穿透完整細胞膜，但可染壞死細胞（凋亡細胞的細胞膜通透性增加但完整，而壞死細胞的細胞膜不完整），壞死細胞的細胞核呈現(xiàn)紅色，這樣既可以直觀觀察到凋亡的細胞，又能夠?qū)Φ蛲觥乃兰毎M行區(qū)分，幫助學(xué)生加深理解前面講授的細胞凋亡和壞死的區(qū)別。

4 科研成果融入“肝功能不全——肝性腦病”的設(shè)計

肝性腦病（hepatic encephalopathy，HE）指在排出其他已知腦疾病的前提下，由肝功能障礙引發(fā)的一系列嚴(yán)重的神經(jīng)精神綜合征，患者表現(xiàn)為人格改變、智力減弱、意識障礙、昏迷甚至死亡。這一節(jié)的重點是肝性腦病的發(fā)病機制，尤其是氨中毒學(xué)說。由于這部分機制涉及廣泛的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)知識且枯燥難于理解，照本宣科的教學(xué)方式會嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量，達不到滿意的學(xué)習(xí)效果，所以嘗試將肝性腦病動物和細胞的實驗結(jié)果融入這部分課堂教學(xué)中。在課堂上穿插肝性腦病動物模型制備的簡介，采用大鼠腹腔注射硫代乙酰胺（一種肝毒性物質(zhì)，通過加單氧酶的生物轉(zhuǎn)化使肝細胞壞死，并引起腦代謝異常），連續(xù)3 天，每天1 次，同時設(shè)置空白對照組[14]。通過觀察大鼠的行為學(xué)變化（曠場實驗觀察到模型組大鼠明顯減少探究行為）和血氨濃度（升高）確定模型是否復(fù)制成功，結(jié)合實驗結(jié)果強調(diào)血氨增高是引起肝性腦病的重要原因之一。那么肝性腦病患者出現(xiàn)諸多神經(jīng)精神癥狀的本質(zhì)是什么呢？結(jié)合文獻證明肝性腦病的主要發(fā)病因素是腦水腫的發(fā)展，以及隨后顱內(nèi)壓的增加和腦疝[15]。星形膠質(zhì)細胞的腫脹是肝性腦病水腫的主要組成部分[16]。接下來，進一步結(jié)合病理學(xué)相關(guān)技術(shù)展示細胞實驗結(jié)果[17]。從1～2 日齡乳鼠的大腦皮層分離出星形膠質(zhì)細胞進行體外培養(yǎng)，將細胞分為空白對照組和肝性腦病組，肝性腦病組加入氯化銨模擬肝性腦病細胞模型，24 h 后倒置顯微鏡下直接觀察細胞形態(tài)，并對細胞膜上的水通道蛋白4（水蛋白家族成員，是對水運動影響最大的水通道蛋白）進行熒光染色，倒置熒光顯微鏡下觀察和拍照。通過與空白對照組相比，容易看出肝性腦病組的星形膠質(zhì)細胞發(fā)生了明顯的腫脹，細胞折光率增強，對于細胞水腫學(xué)生一目了然，更在腦海中留下肝性腦病出現(xiàn)神經(jīng)癥狀的本質(zhì)主要是星形膠質(zhì)細胞水腫的深刻印象。熒光染色結(jié)果觀察到水通道蛋白4 在肝性腦病組明顯增多，很好地解釋了星形膠質(zhì)細胞為什么發(fā)生水腫。通過融入肝性腦病動物和細胞實驗的結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容化抽象為具體，更好地理解抽象的機制和原理。

《病理生理學(xué)》是公認(rèn)難度較大的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程之一，同時在醫(yī)學(xué)中也有著至關(guān)重要的作用。因為病理生理學(xué)的任務(wù)是研究疾病發(fā)生的原因、疾病過程中機體的功能、代謝動態(tài)變化及其發(fā)生機制，目的在于揭示疾病的本質(zhì)，為建立有效的疾病診療和預(yù)防策略提供理論和實驗依據(jù)，涉及內(nèi)容抽象不易理解，課堂上如果只是將知識強行塞入學(xué)生腦中，久而久之學(xué)生會產(chǎn)生厭學(xué)心理，對《病理生理學(xué)》失去興趣，教學(xué)效果低下。目前，各高校高度重視科研成果向教學(xué)一線的轉(zhuǎn)化，教學(xué)工作與科研工作是相互促進、相輔相成的，將前沿科研成果向課堂教學(xué)轉(zhuǎn)化，尤其在《病理生理學(xué)》這樣難學(xué)的學(xué)科，在幫助學(xué)生將抽象知識形象化，幫助理解和記憶的同時，還使學(xué)生接觸并思考前沿科研熱點問題，能夠有效拓寬學(xué)生的科研視野，充分開發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，促進早期科研思維的形成。