科研成果在教學(xué)中的轉(zhuǎn)化研究—以代謝組學(xué)為例

魏海峰，蔣海強(qiáng), 劉 巧

(1.山東中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250011；2.山東中醫(yī)藥大學(xué)實驗中心，山東 濟(jì)南 250355；3.山東大學(xué)實驗畸形學(xué)教育部重點實驗室，山東大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)研究所，山東 濟(jì)南 250012)

科研成果在教學(xué)中的轉(zhuǎn)化研究—以代謝組學(xué)為例

魏海峰1，蔣海強(qiáng)2, 劉 巧3

(1.山東中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250011；2.山東中醫(yī)藥大學(xué)實驗中心，山東 濟(jì)南 250355；3.山東大學(xué)實驗畸形學(xué)教育部重點實驗室，山東大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)研究所，山東 濟(jì)南 250012)

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

代謝組學(xué)；科研轉(zhuǎn)化教學(xué)；實驗教學(xué)

代謝組學(xué)是繼基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)之后發(fā)展起來的一種研究生物系統(tǒng)的組學(xué)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(jìn)行定性和定量分析的一門學(xué)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(jī)體生命活動代謝本質(zhì)”的科學(xué)，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(yuǎn)少于基因和蛋白的數(shù)目。應(yīng)用代謝組學(xué)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(xué)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(xué)解決中醫(yī)證候分類和中藥干預(yù)作用機(jī)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(xué)即科研與教學(xué)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(xué)生運用現(xiàn)代儀器對中醫(yī)藥理論現(xiàn)代科學(xué)解讀的能力。

1 代謝組學(xué)簡介

1.1 代謝組學(xué)研究方法

代謝組學(xué)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(xué)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(jìn)行信息挖掘和整合，是代謝組學(xué)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(biāo)記物篩選與鑒定、代謝通路分析與生物學(xué)意義闡釋等[1-2]。

1.2 代謝組學(xué)研究應(yīng)用

代謝組學(xué)在疾病動物模型的確證、藥物篩選、藥效及毒性評價、作用機(jī)制和臨床評價等方面有著廣泛的應(yīng)用。代謝組學(xué)在疾病研究中的應(yīng)用主要包括病變標(biāo)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(jī)體代謝產(chǎn)物的深入研究，可以判斷機(jī)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(xué)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(xué)科研轉(zhuǎn)化教學(xué)的條件[3-5]

2.1 教學(xué)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(xué)課程分別是省級精品課程和國家中管局重點學(xué)科，科研成果來源于國家自然科學(xué)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(xué)科研強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手的效果，實現(xiàn)高水平科研成果的教學(xué)轉(zhuǎn)化以及高水平教學(xué)課程的更進(jìn)一步。

2.2 科研成果具備應(yīng)用于教學(xué)的基礎(chǔ)

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

2.3 具備進(jìn)一步上升為課程的可行性

代謝組學(xué)的內(nèi)容經(jīng)課堂教學(xué)進(jìn)一步根據(jù)學(xué)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(xué)、醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)等課程，具備上升為一門整合現(xiàn)代科學(xué)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(xué)視角解讀中醫(yī)理論、中醫(yī)視角看待現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合的創(chuàng)新課程。

2.4 課題組人員與學(xué)術(shù)水平的基礎(chǔ)

課題組成員承擔(dān)本科生、研究生“儀器分析”、“中醫(yī)內(nèi)科學(xué)”的講授工作已達(dá)十余年，具有較為豐富的教學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)改革的需要。

2.5 代謝組學(xué)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(xué)可以獲得不同的標(biāo)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(xué)的可能。

3 代謝組學(xué)科研轉(zhuǎn)化教學(xué)課程的設(shè)置及實施

根據(jù)國家自然科學(xué)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(jī)制研究”(NO.30772865)的研究成果，分別針對代謝組學(xué)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(xué)、技術(shù)講座、實驗操作。

3.1 理論教學(xué)

采用理論授課的形式進(jìn)行，對代謝組學(xué)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(jìn)行詳細(xì)的介紹，使學(xué)生對代謝組學(xué)有全面深刻的認(rèn)識，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)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(xué)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(jìn)行全面的講解，采用講座與示教的方式進(jìn)行，讓學(xué)生初步掌握代謝組學(xué)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(xué)。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(biāo)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(jī)制。圖1、圖2是對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)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(biāo)志物及相關(guān)代謝通路，進(jìn)而對鉤藤治療高血壓病的作用機(jī)制進(jìn)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(xué)生運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的實踐能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊合作能力。

4 代謝組學(xué)科研轉(zhuǎn)化教學(xué)的意義

科學(xué)研究的成果在教學(xué)中的及時體現(xiàn)，能充實和改革教學(xué)內(nèi)容，有利于引導(dǎo)學(xué)生在課堂教育的基礎(chǔ)上深入鉆研學(xué)科的內(nèi)容，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，提高教師對相關(guān)學(xué)科前沿的理解，能促進(jìn)師資隊伍建設(shè)和教學(xué)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(xué)轉(zhuǎn)化的方法，而代謝組學(xué)技術(shù)能夠吻合中醫(yī)特色，從而有效結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和和中醫(yī)藥系統(tǒng)生物學(xué)技術(shù)，進(jìn)而增加學(xué)生的中醫(yī)藥理論現(xiàn)代科學(xué)解讀的能力，從而形成“科研水平提高-教學(xué)質(zhì)量提高-學(xué)生質(zhì)量提高”的良性循環(huán)。

[1] 黃 寅,許風(fēng)國,張 偉,等.藥物代謝組學(xué)研究進(jìn)展[J].中國藥科大學(xué)學(xué)報,2013,44(2):105-112.

[2] 許國旺,路 鑫,楊勝利.代謝組學(xué)研究進(jìn)展[J].中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院學(xué)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(xué)實踐[J].藥學(xué)教育,2013,29(6):37-38.

[4] 邢 軍,王兆月,耿 鑫,等.生物信息學(xué)科研轉(zhuǎn)化教學(xué)的方法與實踐[J].中國高等醫(yī)學(xué)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(xué)內(nèi)容的探討[J].科技資訊,2011(7):167-168.

(本文文獻(xiàn)格式：魏海峰，蔣海強(qiáng),劉 巧.科研成果在教學(xué)中的轉(zhuǎn)化研究—以代謝組學(xué)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(xué)家科研獎勵基金項目(2013BSE27074)

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

G642

B

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