科研成果在教学中的转化研究—以代谢组学为例

魏海峰，蒋海强, 刘 巧

(1.山东中医药大学第一临床医学院，山东 济南 250011；2.山东中医药大学实验中心，山东 济南 250355；3.山东大学实验畸形学教育部重点实验室，山东大学基础医学院医学遗传学研究所，山东 济南 250012)

科研成果在教学中的转化研究—以代谢组学为例

魏海峰1，蒋海强2, 刘 巧3

(1.山东中医药大学第一临床医学院，山东 济南 250011；2.山东中医药大学实验中心，山东 济南 250355；3.山东大学实验畸形学教育部重点实验室，山东大学基础医学院医学遗传学研究所，山东 济南 250012)

代谢组学(metabonomic)是系统生物学研究的重要组成部分，已成为医学和生命科学领域的一新兴前沿研究热点。把前沿性代谢组学科研成果转化为实验教学的内容，在科学研究的基础上，优化并充实教学内容，实现科研与教学的有机互动，有利于教学水平和学生综合素质的提高。

代谢组学；科研转化教学；实验教学

代谢组学是继基因组学和蛋白质组学之后发展起来的一种研究生物系统的组学方法，是将某一生物体或生物系统在一特定的生理时期内所有低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析的一门学科，是研究“在新陈代谢过程中，生物体内代谢产物的变化规律，揭示机体生命活动代谢本质”的科学，它关注生物体系所有代谢产物的变化，并通过分析体液代谢物组成来确定生物体系的系统生化谱和功能调控规律。研究对象主要是针对相对分子质量1,000以下的内源性小分子，代谢物的种类远少于基因和蛋白的数目。应用代谢组学和全面性系统策略来理解生物体的疾病过程，这与中医学整体观念和辨证论治思维方式非常相似。

课题组在应用代谢组学解决中医证候分类和中药干预作用机制中取得了一系列成果，笔者针对科研成果不能应用于教学即科研与教学脱节的现象，推动相关科研成果在仪器分析实验等课程中转化的应用，增加了学生运用现代仪器对中医药理论现代科学解读的能力。

1 代谢组学简介

1.1 代谢组学研究方法

代谢组学研究一般包括生物样品的采集、生物样品的制备、数据采集、数据处理与分析等步骤。生物样品的采集按研究对象来源不同分为动物样本和人体样本，设计实验时应该根据实验目的和可操作性、仪器特点等合理选择生物样本。代谢组学研究中常用的数据采集方法有气质联用(LC-MS)、液质联用(GC-MS)和核磁共振(NMR)，3种技术各有其优缺点，应根据实验目的合理选择；数据处理与分析是对原始数据进行信息挖掘和整合，是代谢组学研究的核心内容，其步骤一般包括数据预处理、模式识别与模型评价、生物标记物筛选与鉴定、代谢通路分析与生物学意义阐释等[1-2]。

1.2 代谢组学研究应用

代谢组学在疾病动物模型的确证、药物筛选、药效及毒性评价、作用机制和临床评价等方面有着广泛的应用。代谢组学在疾病研究中的应用主要包括病变标记物的发现、疾病的诊断、治疗和预后的判断，研究人员通过对机体代谢产物的深入研究，可以判断机体是否处于正常状态，而对基因和蛋白质的研究无法得出这样的结论，代谢组学研究已经诊断出如糖尿病、肥胖症、代谢综合征等代谢类疾病。

2 代谢组学科研转化教学的条件[3-5]

2.1 教学基础与科研基础结合的可行性

仪器分析课程、中医内科学课程分别是省级精品课程和国家中管局重点学科，科研成果来源于国家自然科学基金，二者的结合构建相应课程能够体现我校教学科研强强联手的效果，实现高水平科研成果的教学转化以及高水平教学课程的更进一步。

2.2 科研成果具备应用于教学的基础

代谢组学经过系列研究，无论是技术体系、支撑平台、统计学基础和生物学意义的阐述均达到自如的程度，在前期的学生讲座以及课堂上的介绍中，引起了学生浓厚的兴趣，具备应用于教学的内容基础和应用基础。

2.3 具备进一步上升为课程的可行性

代谢组学的内容经课堂教学进一步根据学生的反应和表现，结合科研的内容，融合仪器分析、中医基础理论、中医内科学、医学统计学等课程，具备上升为一门整合现代科学与传统中医理论一体化课程的相应条件，从而建立现代科学视角解读中医理论、中医视角看待现代科学技术相结合的创新课程。

2.4 课题组人员与学术水平的基础

课题组成员承担本科生、研究生“仪器分析”、“中医内科学”的讲授工作已达十余年，具有较为丰富的教学经验和扎实的专业基础知识。 课题组成员都具有良好教育背景，对代谢组学知识有较深入理论研究，并且具有良好的英语听、说、读、写能力。其中已获得博士学位者4人，博士生导师2人。这支队伍结构合理、人员稳定、师资配置合理，能满足仪器分析课程双语教学改革的需要。

2.5 代谢组学前期研究基础

课题组开展了高血压病肝阳上亢证和阴阳两虚证的代谢途径及代谢网络的研究以及平肝方药干预自发性高血压大鼠的代谢通路及代谢网络的研究，不同研究技术(包括液质联用、气质联用、核磁共振)的代谢组学可以获得不同的标记物信息，构建了高血压病肝阳上亢证的“证-组”特征代谢网络，并发现网络关键靶点包括交感神经系统兴奋和葡萄糖体内代谢环节。部分研究成果发表在《Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine》和《中国中西医结合杂志》等核心期刊，具备了科研转化为教学的可能。

3 代谢组学科研转化教学课程的设置及实施

根据国家自然科学基金面上项目“平肝方药干预高血压病肝阳上亢证的代谢机制研究”(NO.30772865)的研究成果，分别针对代谢组学的样品分析、数据处理、应用体系在相关课程开设相应的内容：理论教学、技术讲座、实验操作。

3.1 理论教学

采用理论授课的形式进行，对代谢组学的概念、发展历程、研究内容、研究方法、研究意义、应用范围、技术瓶颈与发展前景等进行详细的介绍，使学生对代谢组学有全面深刻的认识，以激发学生的学习兴趣。

3.2 技术讲座

技术讲座的主要目的是对代谢组学研究中涉及到的样品的采集与制备、样品的仪器分析、数据的处理与分析等技术进行全面的讲解，采用讲座与示教的方式进行，让学生初步掌握代谢组学研究的方法，为后续实验课程的顺利开展奠定基础。

3.3 实验操作

图1 正离子模式下血清总离子流图

图2 正离子模式下正常组、模型组和治疗组的 PLS-DA 得分图和S-plot 图

实验名称：钩藤干预自发性高血压大鼠的血清代谢组学。采用高效液相色谱-飞行时间质谱(HPLC-TOF/MS)结合模式识别技术，研究钩藤干预高血压大鼠血清内源性代谢物的变化，寻找其潜在生物标志物及相关的代谢通路，以探索钩藤治疗高血压病的作用机制。图1、图2是对实验数据进行处理后得到的结果，通过分析实验结果找到潜在生物标志物及相关代谢通路，进而对钩藤治疗高血压病的作用机制进行阐释。从生物样品的采集、生物样品的制备、数据采集、数据处理与分析、直到最后得出结果与结论，每一步实验都是在培养学生运用所学知识分析问题、解决问题的实践能力，激发学生的学习主动性，培养学生的创新能力和团队合作能力。

4 代谢组学科研转化教学的意义

科学研究的成果在教学中的及时体现，能充实和改革教学内容，有利于引导学生在课堂教育的基础上深入钻研学科的内容，提高学生的综合素质，提高教师对相关学科前沿的理解，能促进师资队伍建设和教学环境的改善，寻求建立一个对医药专业行之有效的科研成果向教学转化的方法，而代谢组学技术能够吻合中医特色，从而有效结合现代科学技术和和中医药系统生物学技术，进而增加学生的中医药理论现代科学解读的能力，从而形成“科研水平提高-教学质量提高-学生质量提高”的良性循环。

[1] 黄 寅,许风国,张 伟,等.药物代谢组学研究进展[J].中国药科大学学报,2013,44(2):105-112.

[2] 许国旺,路 鑫,杨胜利.代谢组学研究进展[J].中国医学科学院学报,2007,29(6): 701-711.

[3] 柳润辉,陈海生,李慧梁,等.科研项目转化为探究性实验的教学实践[J].药学教育,2013,29(6):37-38.

[4] 邢 军,王兆月,耿 鑫,等.生物信息学科研转化教学的方法与实践[J].中国高等医学教育,2010(7):113-114.

[5] 季 祥,赵秀娟,赵宏宇,等.科研成果转化为本科教学内容的探讨[J].科技资讯,2011(7):167-168.

(本文文献格式：魏海峰，蒋海强,刘 巧.科研成果在教学中的转化研究—以代谢组学为例[J].山东化工,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

山东省重点研发计划项目(No：2016GGE27453)；山东省优秀中青年科学家科研奖励基金项目(2013BSE27074)

魏海峰(1979—)，男，山东济南人，讲师，硕士，主要从事组学研究及影像教学；通信作者：刘 巧。

G642

B

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