《醫學免疫學》課程中“主要組織相容性復合體”教學方法探討

馬 櫻 金伯泉 陳麗華

(第四軍醫大學基礎醫學院免疫學教研室，西安 710032)

免疫學是當今生命科學的前沿學科和現代醫學的支撐學科之一，具有較強的理論體系，在疾病診斷、預防和治療中有著巨大的應用價值和實踐指導作用。在面向醫學院校本科生的免疫學教學過程中，不僅要求具備理論知識的科學系和系統性，還需要逐漸培養學生的創新性思維[1]。圍繞免疫學知識體系有效地提高教學質量、增強學生免疫學知識的積累、為專業課程的學習打好基礎，是這門課程教學的關鍵。

主要組織相容性復合體(Major histocompati-bility complex，MHC)及其編碼的抗原分子是免疫學課程學習過程中的重要內容。人民衛生出版社《醫學免疫學》教材中第八章即為“主要組織相容性復合體”。作為免疫系統中一種重要的免疫分子，MHC在課程學習中處于承上啟下的重要位置，既是免疫分子部分的最后一章，也開啟了對免疫細胞和免疫應答等核心內容的學習。然而，以往的教學經驗和效果反饋，學生在學習這一章時經常感到錯綜復雜而又晦澀難懂，教師在講授時也常常感到竭力盡能但卻事倍功半。因此，MHC一直被認為是免疫學教學中的重點難點章節。其特點有三：第一，MHC基因及結構細節復雜且抽象，涉及多學科相關知識背景，使學生覺得枯燥難懂。第二，MHC功能作用涉及免疫系統多分子多細胞，對于尚未學習各種免疫細胞及免疫應答的初學者，往往無法將MHC置于整個免疫系統框架之中來深入理解。第三，與臨床疾病和日常生活缺少顯然易見的關聯，容易使學生對學習MHC的意義產生困惑。如何講好MHC這一章，化深奧抽象為鮮活生動，激發學生學習興趣的同時又能夠深入理解扎實掌握基本知識和原理？這不僅是免疫學教師多年來一直在探索的問題和追求的目標，也是課程建設中的重要一環。

我校在面向五年制各個醫學專業學生的免疫學教學中，一直選用人民衛生出版社普通高等教育本科國家級規劃教材《醫學免疫學》作為基本教材，目前該教材已編寫至第7版。根據教材編寫內容，安排2學時對MHC一章進行課堂理論教學。針對MHC教學過程中存在的問題結合免疫學學科特點，本文從以下幾方面對免疫學中MHC一章的教學方法進行探討，希望與同行切磋共勉。

1 貫穿主線教學設計，注重課堂的邏輯銜接

教學設計是課堂教學的重要一環，好的教學設計可以在課堂上給學生帶來更多的沖擊和共鳴，大大提高教學質量。結合MHC一章的特點，如何開篇引入、設計核心問題作為“主線”貫穿課堂、深入講透重點內容、合理布局和展示，最終能夠激發學生學習興趣，達到預期的教學效果，這需要教師在課前深入思考和精心設計。

教材中MHC一章的編寫按照MHC基因結構及遺傳特性、人類白細胞抗原(Human leukocyte antigen,HLA)結構功能以及HLA與臨床醫學三個部分進行深入淺出的描述。如果按照內容照本宣科、平鋪直敘的講解，容易使學生覺得枯燥無味，造成注意力不集中的狀態。在課堂授課過程中，圍繞MHC基因、結構及功能，將豐富的教學內容整合成清晰的層次結構，提出層層遞進的問題，引導學生緊跟思路、主動思考(表1)。結合歷史上科學家們對MHC的發現和研究過程中曲折的故事情節，順理成章的引出要講授的主要知識內容，采用多種教學方法深入講授，從而向學生揭開每一個問題的答案，使學生聽起來豐富有趣而又豁然開朗。

表1 問題貫穿主線結合發現研究歷史引入所要講授的知識內容

Tab.1 Run through questions as main line combined with history of discovery research to introduce the knowledge and contents to be taught

啟發學生思考的問題發現過程及歷史引入講授內容和要掌握的知識點MHC是如何被發現的呢?MHC基因是如何被人們所認識的?19世紀英國醫生Blundell J發現輸血反應。MHC(人HLA和小鼠H-2)基因結構及遺傳特性。1900年奧地利科學家Landsteiner K發現ABO血型系統,獲得1930年諾貝爾生理學或醫學獎。1936年Gorer RA發現并命名小鼠主要組織相容性抗原(H-2抗原)。1948年Snell G開展小鼠為模型的移植免疫研究,確定小鼠MHC基因座在染色體上的位置。1958年法國科學家Dausset J首次檢測出人類第一個MHC抗原,首次應用“人類白細胞抗原(HLA)”命名。MHC的生理功能究竟是什么?MHC的限制性有何意義?1963年Benacerraf B發現免疫應答基因位于H-2基因復合體內,編碼MHC-Ⅱ類分子α和β鏈,參與抗原提呈細胞向T細胞提呈抗原,在Th-B細胞相互作用中發揮重要功能。Snell G,Dausset J和Benac-erraf B獲得1980年諾貝爾生理學或醫學獎。HLA分子抗原提呈的功能以及MHC限制性的意義。1974年Zinkernagel R和Doherty P發現牛痘苗病毒感染的CBA(H-2k)小鼠體內CTL只能殺傷同樣為H-2k單體型的病毒感染靶細胞,而不能殺傷牛痘苗病毒感染的H-2b單體型細胞,獲得1996年諾貝爾生理學或醫學獎。1973年Rosenthal AS和Shevach EM在豚鼠中觀察到T細胞只能被具有相同H-2 Ⅰ區基因(Ⅱ類基因)的抗原提呈細胞所激活。1973年Katz D等人也發現Th與B細胞相互作用時,只有在兩者H-2 Ⅰ區基因相同時才會出現協同效應。1986年英國牛津大學Townsend A解釋了MHC機制,發表于Cell雜志。MHC發揮作用的結構基礎又是什么呢?1987年美國哈佛大學Wiley D和Bjorkman P等首次展示HLA-A2分子立體結構。HLA分子的結構及其與抗原肽的相互作用。1994年Stern L應用X射線晶體衍射技術成功展示HLA-DR1分子立體結構。1996年,美國兩個實驗室同時第一次對TCR-抗原肽-MHC分子復合物結構進行了解析。

2 突出重點構建知識體系，解決關鍵科學問題

盡管MHC廣泛參與免疫系統功能，但在授課過程中要向學生強調MHC最主要的生物學功能是提呈抗原肽給T細胞識別，這是需要學生掌握的重點內容，在此基礎上，學生才能夠全方位的理解MHC如何參與免疫系統的功能。將MHC涉及的各個方面內容以層次分明、繁而不亂的形式呈現在學生面前，使學生既保持探究問題的興趣，又不在其面前望而卻步，這要求教師對相關章節的內在聯系與特點準確把握，系統梳理和構建出MHC在免疫系統中扮演的舉足輕重的角色(圖1)，使得學生在學習時能夠條理清晰、思路明確。

圖1 MHC與固有免疫、適應性免疫和免疫學應用三個重要方面的密切聯系Fig.1 Close relationships among MHC and innate immunity,adaptive immunity and immunol-ogy application

2.1突出MHC在適應性免疫應答中的核心功能作用 聯系前后章節，學生在“抗原”的學習中已經接觸到T、B細胞表位及是否需要MHC提呈的概念。這時幫助學生復習回顧，引導學生思考“T細胞表位提呈及應答為何需要MHC的限制性？”通過一系列的問題設置，逐步向學生解開答案。第一，MHC如何提呈抗原給T細胞？強調MHC提呈抗原啟動細胞免疫應答是其最主要的功能，結合MHC結構特點及錨定氨基酸的概念向學生講授MHC提呈內源性、外源性抗原的作用及區別。第二，為何T細胞只能識別MHC提呈的抗原？這里涉及的T細胞在胸腺發育過程中的陽性選擇和陰性選擇，可采用形象的比喻，如T細胞在胸腺中接受了特定的“訓練”，只能識別自身MHC、而不能識別非自身MHC提呈的抗原肽，因此具有了抗原識別過程中的自身MHC限制性。第三，T細胞如何識別MHC提呈的抗原肽？利用結構生物學三維立體圖等向學生展示T細胞表面受體(T cell receptor，TCR)-表位肽-MHC分子形成的復合物結構，幫助學生直觀的理解MHC提呈抗原給TCR識別的構象。第四，MHC如何參與B細胞應答？這里注意幫助學生復習回憶抗原分類，由于絕大多數的蛋白質抗原為胸腺依賴性抗原(Thymus dependent antigen，TD-Ag)，雖然B細胞可直接識別TD-Ag不需要MHC提呈，但在識別后的活化過程中仍然需要輔助性T細胞(T helper cell，Th)的幫助，在B細胞與Th細胞的相互作用中，MHC仍然是必不可少的重要分子。綜上，雖然學生此時尚未學習免疫細胞和免疫應答，如能采用比喻等恰當的方式進行描述和講授，既容易讓學生理解又不造成困惑，并且可為后續章節的學習做好一定的鋪墊。

2.2體現MHC與固有免疫系統的密切聯系 MHC與固有免疫系統的關系可以從兩方面向學生展示。其一，在講授MHC基因復合物時，注意強調在2003年提出的擴展的MHC(extended MHC,xMHC)的新概念，HLA基因復合物的224個基因座位中，除了HLA-Ⅰ類和Ⅱ類基因亞區編碼主要的6個等位基因之外，在Ⅰ、Ⅱ類基因亞區之間還存在著Ⅲ類基因亞區，該區部分基因產物與固有免疫及炎癥有關，如補體成分C2、C4、Bf以及腫瘤壞死因子家族成員TNF、LTA和LTB基因。引導學生思考為何這些免疫分子的基因會存在于MHC基因復合體中？其功能作用很可能與MHC分子有關。其二，MHC-Ⅰ類分子是固有免疫系統中的重要成員自然殺傷(Natural killer，NK)細胞主要識別的配體，通過與NK細胞表面的活化或抑制性受體結合，調控NK細胞的功能，這種配-受體的相互作用目前尚未發現表位肽的存在。學生此時可能尚不能完全理解，但通過這兩方面的講解，可以幫助學生構建MHC的功能框架，使學生進一步認識到學習MHC的重要性，有助于學生進一步有的放矢的學習。

2.3聯系臨床介紹MHC應用 通常講授MHC與臨床應用的聯系是學生比較感興趣的部分，利用臨床舉例，可進一步加深學生對重要知識點的理解，促進學生對MHC重要意義的認識。例如，舉例以MHC提呈的抗原肽為基礎設計T細胞多肽疫苗用于腫瘤和傳染性疾病的防治，引導學生進一步理解MHC在T細胞應答中的關鍵作用。與課前所舉例子呼應，強調HLA配型與移植免疫的關系。引導學生理解雖然MHC是在移植排斥的臨床醫療實踐中被認識的，但MHC并不以參與移植排斥作為主要功能[2]。當一個人的器官被移植到另一個人的身體中時，器官上的MHC分子就會被器官接受者當作“外來物質”，從而對具有這些MHC的細胞展開攻擊，移植排斥本身就是受者T細胞對供者MHC分子的識別和免疫應答，幫助學生深入理解為何MHC的主要功能是抗原提呈。

3 應用靈活多樣的教學方法促進MHC教學效果

3.1多學科交叉提高學生綜合素質 免疫學與眾多的生物醫學學科有著密切聯系，從多學科知識交叉融合的角度開展教學，不僅可以幫助學生更好的理解掌握基本知識，還可以開闊學生視野，培養學生綜合素質[3]。

MHC基因多態性和遺傳學特點是教學中的難點之一，學生在課堂上常常感到復雜難懂。在授課時首先引導學生復習回憶遺傳學相關知識背景，借助免疫遺傳學的交叉融合，向學生講授MHC基因特點，有助于學生深入理解MHC結構及功能的遺傳基礎，強調交叉學科免疫遺傳學促進了人們對MHC的認識。同樣，結構免疫學可使我們對免疫系統的工作機制有更為清晰而直觀的認識。在講授MHC分子結構及提呈抗原肽這一重點內容時，利用MHC分子-抗原肽復合物的晶體結構三維動畫圖，可向學生清晰地展示其立體結構和識別特點，幫助學生“看”到MHC分子、“看”到MHC結合抗原肽，變抽象為直觀，降低學生理解該知識點的難度。學生在這個過程中，體會和認識到結構免疫學的交叉融合推動著人們對MHC抗原及其提呈抗原肽更加準確和全面的認識，從而提高學生用更廣的視野去思考科學問題的能力。

生物信息學與免疫學的交叉也可以很好的應用在MHC的課堂上[4]，向學生介紹相關的網絡資源和數據庫，例如IPD-IMGT/HLA Database(https://www.ebi.ac.uk/ipd/imgt/hla/)提供了所有HLA的序列、命名及免疫遺傳信息，多種生物信息預測軟件，如NetMHC 4.0 Server(http://www.cbs.dtu.dk/services/NetMHC/)等，可利用抗原肽錨定氨基酸與MHC結合的親和力等原理，預測鑒定與特定MHC結合的多肽抗原表位，為精巧的設計疫苗提供最為適用的手段。在現今學生高效應用互聯網的時代，利用網絡免疫生物信息資源可有效的延伸課堂教學，讓學生在課后學有余力的情況下，根據學習興趣查閱資料或嘗試應用操作，有效地提高學生的科學素養。

3.2提出疑問培養學生創新思維 回顧MHC的發現和研究歷程，20世紀諾貝爾生理學或醫學獎有三次授予MHC抗原相關研究者，這些研究成果正是在課堂上向學生講授的重要內容。然而，課堂教學不應只重結論而輕過程。在向學生傳授前人獲得的已知結論的同時，還應注重揭示前人艱辛探索知識的過程。將MHC研究成果如何得以發現及相關啟示，乃至將獲得這些重要發現的大師級科學家的創造性思維與獨創性實驗體系展示給學生，可以培養學生的探索精神，使學生從中領悟到創新性醫學研究的思路與境界。

此外，針對課前舉例移植排斥與MHC的關系，在學習了MHC的主要功能之后，引導學生主動思考，既然TCR識別抗原的自身MHC限制性已被廣泛認可和接受，那么如何解釋在同種異體移植免疫中受者TCR對供者MHC分子的直接識別?學生如能提出該問題，說明已經對MHC提呈抗原的功能和限制性的意義有了較為深入的理解。此時可簡要引入同種異型反應T細胞的概念，告訴學生受者體內存在著同種異型反應T細胞，由于具有識別的簡并性，可以直接交叉識別移植物中抗原提呈細胞表面MHC分子。同時引導學生思考，同種異型MHC分子作為外來抗原，也可被受者抗原提呈細胞表面的自身MHC分子提呈給T細胞識別應答，都會造成對移植物的排斥反應[5]。以此為例，引導學生不斷提出“為什么？”不斷啟發學生的創新思維和興趣。

3.3引入科學研究促進教學與科研結合 以教學內容完整性和授課過程的邏輯連貫性為依據，將一些MHC相關前瞻性的科學研究，或教師從事的MHC相關研究過程和結果引入課堂教學，與MHC教學內容有機結合，也是豐富教學內容和提高教學質量的途徑之一[6]。例如，本教研室研究發現“陜西省漢族人群中HLA-B*46基因型與腎綜合征出血熱的病情嚴重程度正相關”，向學生簡要介紹這一研究的過程和結果，有助于學生理解和思考“MHC如何決定疾病易感性的個體差異”這一科學問題。再例如，教研室在課題研究過程中采用MHC-表位肽四聚體染色技術對表位特異性CD8+T細胞頻率進行測定，向學生展示四聚體的檢測原理和結果，提出MHC應用中的關鍵科學問題，有助于學生進一步理解MHC結構功能的基本知識，同時可以培養學生分析問題的能力，提高學生的創新素質。

3.4課程思政為學生樹立人生目標提供動力支持 將黨的十九大精神中“落實立德樹人根本任務，發展素質教育”的戰略部署要求貫穿到教學過程中，要求教師在授課過程中注意在專業內容中滲透醫學人文的溫度和情懷，注重培育學生的人文素養[7]。通過向學生介紹MHC發現和研究的歷史故事，讓學生感受到一代代科學家們嚴謹的科研精神和奉獻的敬業精神，潛移默化地影響學生，幫助他們樹立刻苦鉆研業務和技能的學習工作目標。在講授HLA與器官移植時，展示截止目前中華骨髓庫庫容以及捐獻造血干細胞例數等，向學生傳遞一種社會使命感和責任感，培養學生的愛心和奉獻精神，不僅有助于學生理解免疫學專業知識，更有助于提升學生專業能力和人文素養，幫助學生樹立并實現自己的人生價值。

4 小結

MHC是免疫學教學中非常重要的內容。針對教學中的重點難點內容，結合MHC教學中的突出特點，既要將課本中基本知識點和重要理論給學生深入講透，又要打破教科書中固定思維壁壘，對MHC章節內容的講授以及相關章節的內在聯系與特點把握精益求精，采用多手段多角度鮮活有趣的教學方法，化繁為簡，降低學生學習難度，拓寬學生思維，啟迪學生思考，培養學生探索創新精神，從而達到理想的教學效果。