生物信息學理念在婦科腫瘤學研究生教育中的實踐及影響

陳昌賢 李力

[摘要] 傳統的婦科腫瘤學研究生教育重視的是單一學科的知識傳授，教育理念陳舊，教學內容繁雜，傳授方法老套，難以培養出符合現代醫學要求的具有交叉學科思維的創新型研究生。生物信息學不僅僅是一門交叉學科，更是一種思維方式和教育理念的體現。在婦科腫瘤學研究生教育中引入生物信息學知識和理念，不僅對傳統醫學教育模式產生沖擊，還能培養研究生從多角度思考問題的能力，從而產生獨特的研究方法和形成創新性思維，更能培養研究生從不同的專業角度發現問題、分析問題和解決問題的能力。

[關鍵詞] 婦科腫瘤學;研究生教育;生物信息學;交叉學科;現代醫學

[中圖分類號] G642? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2020）09（a）-0069-04

[Abstract] The traditional postgraduate education of gynecological oncology focuses on the pure knowledge impartation of a single subject， with outdated educational concepts， complicated teaching contents and old teaching methods， thus it is difficult to cultivate innovative postgraduate students with interdisciplinary thinking that meet the requirements of modern medicine. Bioinformatics is not only an interdisciplinary subject， but also an embodiment of thinking mode and educational philosophy. Introducing bioinformatics knowledge and concepts into postgraduate education of gynecological oncology can not only impact the traditional medical education model， but also cultivate the ability of postgraduates to think from multiple perspectives， thus produces unique research methods and innovative thinking， and cultivate postgraduates′ ability to find problems， analyze problems and solve problems from different professional perspectives.

[Key words] Gynecological oncology; Postgraduate education; Bioinformatics; Interdisciplinary; Modern medicine

傳統的婦科腫瘤學研究生教育重視的是單一學科的知識傳授，忽略了學科之間的交叉影響，教育理念陳舊，教學內容繁雜，傳授方法老套，學生們在接收和學習知識的過程中往往處于被動的位置，難以突破傳統思維的桎梏，這點顯然不符合現代醫學復合型人才的教育要求。婦科腫瘤學是大數據背景下知識更新迅速的學科之一，迫切需要全新的研究生教育理念進行知識的傳授。生物信息學理念剛好為這一過程搭建橋梁。

生物信息學是20世紀90年代逐漸興起的一門交叉學科，它以生物作為主要研究對象，借助計算機技術、信息科學技術、分子生物學技術和應用數學等手段，對大量復雜的生物數據進行處理、存儲、分析和闡述，旨在深入挖掘和揭示潛在的生物學意義。隨著精準醫療時代的到來，生物信息學的作用日益凸顯，它已經滲透到生命科學研究領域的各個方面，并成為了最有活力的前沿領域之一[1]。當前，國內不少高等醫學院校陸續開設生物信息學這門課程。對于醫學研究生而言，生物信息學不僅僅是一門課程，它還教會了學生從海量生物數據中挖掘有意義的生物信息，因此，從某種意義而言，它更是一種思維方式的體現。廣西醫科大學附屬腫瘤醫院（以下簡稱“我院”）婦科從1985年開始招收研究生，在學校開設生物信息學課程之初，即重視研究生生物信息學思維的培養，并且使他們學會將這種思維方式更好地應用于婦科腫瘤學研究領域，為社會輸送一批又一批具有生物信息學理念的現代醫師。

1 將生物信息學核心理念應用于婦科腫瘤學研究生的教學實踐

生物信息學的核心理念是海量數據的管理和挖掘，注重學生自主學習能力的培養，而自主學習是一種新型教學理念，同時也是高等院校教學改革的主要方向之一[2]。生物信息學除了能教會學生使用大量的相關數據庫和在線分析工具進行科學研究以外，還能教會他們掌握主動學習的方法和途徑，學會利用現有的數據庫和在線分析工具進行深度挖掘，旨在幫助他們解決臨床實踐過程針對疑難病癥的診療問題，最終服務患者[3]。在婦科腫瘤學研究生教學實踐中引入生物信息學理念有如下幾個方面的具體表現：

1.1 建立生物信息學的概念和意識

在婦科腫瘤學領域培養出具有生物信息學知識背景的研究生，這種跨學科創新型研究生培養模式，突破了傳統的單一學科研究生培養模式的桎梏，順應了新時代研究生教育的發展潮流。在日常研究生培養中，我院著重幫助學生建立起生物信息學的意識和思維方式。首先，在課程設置方面，我院動員婦科腫瘤學研究生自覺將生物信息學這門課程列為其研究生生涯的必修課程。通過課程的學習，學生將意識到，生物信息學是一門由生命科學和計算機科學交叉形成的新興學科，先后經歷了前基因組時代、基因組時代和后基因組時代三個階段，涵蓋了生物信息的獲取、處理、存儲、傳播、分析和闡述等方面[4]。其次，我院定期組織學生進行小組學習，通過線上線下混合式教學手段引導學生對生物信息學的深度學習。同時，我院也重視婦科腫瘤學教師自身的生物信息學通識教育，不定期邀請生物信息學教研室教師答疑解惑。最后，我院引導學生將生物信息學知識應用到研究生課題研究中，進一步加深學生對生物信息學和婦科腫瘤學知識的理解。

1.2 學會使用生物醫學數據庫和在線分析工具

生物信息學發展至今，產生許多生物醫學數據庫和在線分析工具，如基因表達（gene expression omnibus，GEO）數據庫、蛋白質相互作用數據庫、微小RNA（microRNAs，miRNA）靶標數據庫、癌癥基因組圖譜（the cancer genome atlas，TCGA）數據庫和用于注釋、可視化和集成發現（the database for annotation，visualization and integrated discovery，DAVID）的數據庫等常用數據庫和GEO2R在線工具、GeneMANIA在線工具和醫學本體信息檢索（Coremine Medical）平臺等常用在線分析平臺[5]。對于婦科腫瘤學研究生而言，無論是專業型研究生還是學術型研究生，掌握生物信息學知識并不在于如何進行復雜算法的開發、原始數據的處理或數據庫的構建，而是如何使用這些數據庫和在線工具進行數據挖掘和分析，并用于指導科學研究和臨床實踐。在婦科腫瘤學研究生教學實踐中，我院著重強調“以實踐為中心”。比如，Wei等[6]在其研究生課題中巧妙應用了GEO數據庫中的3個獨立基因芯片數據（GSE25191、GSE28799和GSE33874），進行基因差異表達分析和基因通路富集分析，并通過實時定量聚合酶鏈反應和TCGA數據庫驗證，發現整合素α6亞單位（integrin α6 subunit，ITGA6）是卵巢癌腫瘤干細胞核心基因，該基因的高表達與卵巢癌化療的耐藥和預后差密切相關。研究生唯有親身實踐，將理論知識融入實踐中，才有可能熟練掌握這些生物醫學數據庫和在線分析軟件的使用方法和數理基礎。

1.3 將數據挖掘理念融入科學研究和臨床實踐中

在生物醫學大數據時代背景下，生物醫學研究正發生著重大變革，從基因組學、蛋白質組學、代謝組學、轉錄組學和表觀遺傳學等多學科研究到基于海量臨床信息數據的真實世界研究，它們所產生的大量高維復雜的研究數據互相交匯，共同構成生物醫學大數據[7]。對研究生而言，如何將多層次臨床和研究數據進行深度挖掘和有機整合，從而轉化為新知識，既是機遇，又是挑戰。在婦科腫瘤學研究生教育中，我院將數據挖掘理念滲透到各個教學環節中，旨在讓研究生掌握主動學習的方法和途徑，培養其創新思維，為今后的科學研究和臨床實踐打下扎實的基礎。在科學研究方面，尤其是在課題選題和設計階段，組織學生利用互聯網查找學科領域的前沿問題或熱點問題，對自己感興趣的方向各自提出一個具體的科學假設。然后通過查找文獻和充分利用數據庫進行深入的數據挖掘，構建生物信息學分析網絡來回答具體科學問題。最后，組織學生進行分子實驗或利用臨床資料來驗證科學假設。在臨床實踐方面，引導學生將臨床上遇到的問題轉化成具體的科學問題，然后應用簡單的臨床生物信息學方法對具體的科學問題進行淺層次的數據挖掘，從而充分地為后續臨床研究做好準備。這種將數據挖掘理念融入科學研究和臨床實踐的教學方法，充分鍛煉了研究生的科研和臨床思維。比如，吳文娟等[8]進行卵巢上皮性癌鉑類耐藥相關差異表達蛋白質篩選時，結合了生物信息學方法分析，篩選出62個鉑類耐藥相關的差異表達蛋白質，然后通過正選擇分析時發現，蛋白C6、CNTN1在亞洲人群中均存在正選擇作用（P < 0.05），而蛋白BCHE在歐洲人群中存在正選擇作用（P < 0.05），基于Coremine Medical平臺的文獻挖掘及TCGA數據庫中的芯片數據交集分析進一步印證，12個差異蛋白（CRP、FN1、S100A9、TF、ALB、VWF、APOC2、APOE、CD44、F2、GPX3和ACTB）與卵巢癌鉑類耐藥相關。Wei等[9]在探討卵巢癌多藥耐藥的分子研究中，充分利用Coremine Medical平臺進行文獻數據挖掘，并結合分子生物學實驗發現，ITGA6可能在卵巢癌細胞中起到調節基因的作用，參與卵巢癌的多藥耐藥過程。蔣燕明等[10]在回答與宮頸上皮內瘤變進展相關的差異基因和信號通路這一問題上，通過對GEO數據庫中獲得的2套芯片數據（GSE63514和GSE51993）進行深入挖掘和綜合的生物信息學分析，篩選出與宮頸上皮內瘤變進展相關的14個差異表達基因和3條信號通路。

2 生物信息學理念對婦科腫瘤學研究生教育的影響

傳統醫學與互聯網、大數據、人工智能等技術的深度融合催生了新醫科這一全新的現代醫學形態[11]，它借助了計算機科學和人工智能的爆發式發展，實質上也是多學科交叉融合的產物。這種順應時代發展的產物，顛覆了傳統醫學模式，深深地影響了醫學教育領域。在新醫科背景下，高等醫學教育更應該注重教育理念和培養模式的改革，滿足“健康中國”的戰略需求，培養出能夠運用學科交叉知識來解決醫學領域前沿問題并引領未來醫學發展的高層次醫學領軍人才[11]。研究生教育是我國教育體系中最高層次的教育，以培養拔尖創新人才作為主要任務和核心內容，建立以教學為基礎、以科研為主導、臨床和科研相結合的研究生培養模式，這是培養拔尖創新人才的根本方法[12]。在婦科腫瘤學研究生教育中引入生物信息學理念，恰好符合了新醫科背景下研究生拔尖創新人才培養模式，將對婦科腫瘤學研究生教育改革產生深遠影響。

2.1 對傳統醫學教育模式的沖擊

傳統醫學教育模式重視學科教育的系統性，強調以學科為中心，忽視了學科間知識的滲透和交流，顯然不符合現代醫學教育的宗旨[13]。在傳統醫學教育模式下，學科的課程體系教學依舊采用灌輸理念，這種填鴨式的知識傳授過程容易磨滅學生主動探索知識的求知欲。在大數據時代，高等教育改革重點圍繞學生創新能力的培養展開，并積極引入現代化教育理念，強調以學生為中心、以實踐為主進行教學內容的更新[14-15]。最近十年，在《教育信息化“十三五”規劃》和《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》等文件的引領下，國內教育信息化得到了迅猛的發展，包括大數據、云計算和人工智能等現代化信息技術已經進入現代教育系統，在這一歷史背景下，國家相繼出臺《中國教育現代化2035》和《教育信息化2.0行動計劃》等政策文件，為我國教育信息化建設道路指明了方向[16]。

作為一門交叉學科，生物信息學知識和理念早已滲透到各個醫學學科領域，并衍生出多個分支學科。臨床生物信息學是其中一個分支學科，也是一座搭建在基礎研究和臨床診療之間的橋梁，更是解決臨床腫瘤相關診治因素的新手段。因此，在精準醫學時代，很有必要引入腫瘤生物信息學特異性研究方法或全新高級的研究工具，來回答與腫瘤相關的關鍵問題[17]，對于腫瘤學的研究生教育亦是如此。婦科腫瘤學研究生教育不應該局限于講授單一學科的知識、基礎研究和臨床實踐，引入生物信息學理念，不僅對傳統醫學教育模式產生沖擊，還能培養研究生從多角度思考問題的能力，從而產生獨特的研究方法和形成創新性思維，更能培養研究生從不同的專業角度發現問題、分析問題和解決問題的能力[18]。

2.2 提高教師教學理論素養和教學反思自覺性

在教學醫院，臨床醫師不但要從事臨床診療工作，還要承擔科研工作和教學任務。他們的日常臨床工作繁重枯燥，科研方法往往單調乏味，教學理念陳舊乏新。醫學教師作為醫學教育的實踐者，只有在先進教育理念的引領下，才有可能真正做到以學生為中心，使學生受益，從而提高人才培養的質量[19]。因此，醫學教師應該以更加開闊的視野主動投入到各類前沿的教學改革與研究中，重視有助于醫學生自主學習的教學手段開發和應用。臨床醫師學習先進的生物信息學知識和理念，并將之應用于臨床和教學實踐中，有助于他們對實踐中出現的難以解決的醫學問題進行合理解釋，同時滿足現代醫學研究和教育的發展需求，為提高自身教學理論素養和教學反思的自覺性提供了新途徑。

2.3 拓寬研究生知識的深度和廣度

婦科腫瘤學是一門特殊的學科，不同于傳統意義的婦產科學，從某種程度上來說，也是一門婦產科學和腫瘤學的交叉學科，因而，更適合采用生物信息學教育理念。婦科腫瘤學主要研究女性生殖系統腫瘤，目前積累了大量基礎研究和臨床研究數據，同時也產生了許多學科前沿問題。研究生在基礎理論知識學習的同時，眼界不應僅限于病房的臨床實踐，更應該放眼于學科研究前沿技術的發展，敢于批判反思，大膽假設和小心求證，并且提出臨床新觀念[11]。生物信息學剛好為研究生自主學習搭建了這樣一座橋梁。我院婦科教研室非常重視研究生科研創新思維的培養，并充分利用生物信息學服務性和多樣性的特點，將生物信息學與婦科腫瘤學進行知識的深度融合。婦科腫瘤學研究生在進行跨學科生物信息學知識和技能培訓的同時，有望避免學科知識結構單一的缺點，還能打破學科專業之間的界限，從而拓寬知識的深度和廣度。

3 結語

在婦科腫瘤學研究生教育中引入生物信息學的思維方式，實質上是一種教育理念的創新。國務院印發的《中國教育現代化2035》文件特別指出：在高校建設國際一流的國家科技創新基地，全面提升高校原始創新能力，加強應用基礎研究，探索構建產學研用深度融合協同創新聯盟[20]。我院婦科非常重視培養研究生的臨床和科研思維，強調研究生在臨床實踐和科研研究中學會使用相應的數據庫和在線工具進行數據挖掘和分析，至今已發表生物信息學相關學術論文近二十篇。這種將生物信息學理念更好地融入婦產科學尤其是婦科腫瘤學的教學實踐的做法，促使婦產科學研究生教育改革，顯然符合新醫科背景下《中國教育現代化2035》這一核心要求。當前，我院婦科培養的部分研究生已經畢業并走向工作崗位，成為具備生物信息學理念的現代醫師。生物信息學理念的引入，不僅對傳統醫學教育模式產生了沖擊，而且滿足了現代醫學研究生教育和醫學拔尖人才的培養要求，為培養新醫科背景下婦科腫瘤學現代醫師提供了新的途徑。

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（收稿日期：2019-12-04）