可視化生信教學在“腫瘤信號轉導”教學中的應用初探

白辰光 劉曉紅 鄭建明

[摘 要] “腫瘤信號轉導”一直是“腫瘤病理生物學”教學的重點和難點，可視化生物信息學教學模式以生物信息學在線數據庫為教學資源平臺，借助可視化圖片、三維模式圖等講解腫瘤信號轉導的定義、經典通路，并分析靶向藥物作用機制及臨床常用靶向藥物等內容。通過在線數據庫分析，增加了師生間的交流互動，學生學習主動性明顯提高。多數學生認為該教學模式可以為研究生課題設計提供思路和方法，并有助于將所學內容聯系臨床，實現基礎理論學習和臨床醫療實踐的相互促進。可視化生物信息學教學模式不僅能提高教學效果，將授課內容與臨床實踐相結合，還可為醫學研究生課題設計提供思路和方法，值得在研究生教學中推廣應用。

[關鍵詞] 可視化生物信息學;教學模式;腫瘤信號轉導;醫學研究生

[基金項目] 2015年度上海衛生計生系統重要薄弱學科建設計劃“病理與檢驗學”（2015ZB0202）

[作者簡介] 白辰光（1976—），男（滿族），河北邢臺人，醫學博士，海軍軍醫大學長海醫院副教授，主要從事腫瘤病理診斷和病理學研究;劉曉紅（1976—），女，山東濟寧人，醫學博士，海軍軍醫大學長海醫院副研究員（通信作者），主要從事疾病分子機制研究。

[中圖分類號] G642 ? [文獻標識碼] A ? [文章編號] 1674-9324（2021）28-0140-04 ? ?[收稿日期] 2020-12-26

“腫瘤病理生物學”課程中的“腫瘤信號轉導”部分的教學目的，是讓學生了解信號轉導異常在腫瘤發生發展過程中的重要作用。信號轉導具有動態性、專一性、網絡化特點，其結構復雜且涉及面廣，一種分子轉換的信號，可通過一條或多條信號通路轉換，而不同類型分子轉換的信號，也可通過相同的信號通路進行傳遞。因此，如何厘清信號通路之間的交互關系、增強教學的趣味性、提高學生學習的主動性，一直是“腫瘤信號轉導”教學的重點和難點[1，2]。當前，靶向阻斷腫瘤惡性進展關鍵信號通路已成為腫瘤治療的新興領域，并成功應用于臨床。針對授課對象是即將邁入臨床的醫學研究生這一群體，如何有效地將國內外最新研究進展、臨床應用現狀與教學內容相結合，從而有助于學生將課程中所學到的內容應用于日后的臨床實踐，提高其科研分析能力和臨床應用能力，是教學實踐中亟須面臨的課題。

針對以上問題，我們從學生的實際情況出發，將可視化生物信息學教學模式應用于“腫瘤信號轉導”的教學實踐中，有效解決了教學內容枯燥、學生無法將所學內容與臨床應用相結合等問題，為授課教員提供了一種有效的教學方法。近年來，隨著生物信息學的快速發展，特別是可視化數據庫的建立為腫瘤生物研究和靶向治療提供了豐富的大數據平臺，而可視化生物信息學輔助教學模式可以讓學生了解常用的在線生物信息學分析工具，通過大數據網絡平臺進行課題模擬設計，有助于培養研究生的科研思維，提高研究生的科研能力。

一、課程設計實施

（一）課程設置特點

與以往課程比較，刪除文字描述為主的信號轉導通路的教學內容;以生物信息學在線數據庫為教學資源平臺，將抽象的信號轉導通路簡化為可視化的模式圖，并用不同顏色線段、符號等直觀展示通路中各分子之間的調控關系;在可視化模式圖的基礎上，增加靶向藥物分類、作用靶點和阻斷機制等研究內容;根據靶向藥物的作用機制，講解臨床常用的一線、二線靶向藥物。

（二）授課內容設計

授課內容分為三部分：第一部分，首先引出信號轉導與腫瘤的發生發展及治療密切相關，簡要介紹信號轉導的定義和基本過程，通過示意圖方式描述“接受信號→信號轉導→細胞應答”的過程，采用CST pathway、Sabiosciences數據庫通路圖講解信號轉導通路的專一性、復雜性、網絡化。第二部分，講解腫瘤發展過程中配體、受體、信號蛋白、信號轉導異常的常見機制;重點介紹細胞膜生長因子受體分子異常（突變、異常擴增等）與腫瘤類型、發生發展、靶向治療的關系，采用PROSITE、SWISS MODEL數據庫三維模型圖（見圖1）動態講解表皮生長因子受體（Epidermal Growth Factor Receptor，EGFR）、胰島素生長因子受體（InSulin-like Growth Factor Receptor，IGFR）等的蛋白結構域、生長因子結合位點、酪氨酸激酶磷酸化位點等功能區域，并以TCGA數據庫為平臺，分析肺癌、大腸癌等常見腫瘤中生長因子受體突變熱點區域;隨后講解生長因子受體激活的細胞內信號轉導系統，采用My Cancer Genome數據庫講解生長因子受體所激活的下游信號通路，圖示信號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數據庫講解靶向藥物（單克隆抗體、小分子酪氨酸激酶抑制劑）設計思路，在信號轉導通路中的作用位點和作用機制;并在此基礎上，通過My Cancer Genome數據庫大數據分析（見圖2），講解EGFR信號轉導通路靶向藥物的作用靶點、作用機制、臨床應用指征、耐藥機制等;最后，通過具體的臨床病例，引導學生選擇腫瘤靶向藥物。

二、教學效果評價

（一）課堂教學效果

教學效果良好，學生注意力集中，認真思考。通過在線數據庫分析，增加了師生互動環節，避免了“教師單純講、學生單純聽”的單向教學模式，由“紙上談兵”轉變為“線上模擬”。加之工具網站提供的可視化的多樣化結果展示方式，學生學習的主動性和積極性明顯提高，達到了良好的雙向互動的目的。

（二）教學效果評價

課后發放問卷調查表，評價教學效果，問卷內容分為兩部分：第一部分為學習內容考核;第二部分為問卷調查分析（表1是問卷調查內容及各比例分值分配）。其中學習內容考核結果表明，100%（36/36）的學生能掌握信號轉導章節的主要概念，88.9%（32/36）的學生能夠描述經典信號轉導通路及其相關靶向治療藥物，教學效果得到極大的提高。問卷調查結果表明，100%學生認為“可視化生物信息學教學模式”有助于課程學習和對教學內容的理解，認為生物信息學教學為其研究生課題設計提供了思路和方法，91.7%（33/36）學生認為該教學模式開闊了其科研視野;100%學生表示他們將會把生物信息學分析應用到他們今后的課題研究實踐之中。問卷調查結果亦表明，100%學生認為“可視化生物信息學教學模式”有助于將所學內容聯系臨床、強化教學效果。83.3%（30/36）學生認為在今后的臨床工作中，他們會選擇My Cancer Genome等數據庫作為臨床用藥的參考。