以能力提升为导向的研究生理论课教学研究——以人类免疫缺陷病毒为例

黎志东， 徐志凯

(空军军医大学 基础医学院微生物与病原生物学教研室，陕西 西安 710032)

“病原微生物的基础与临床”是空军军医大学自2014年春季开始为硕士研究生入校第一学期理论课学习阶段开设的一门专业选修课，由学校基础医学院微生物与病原生物学教研室负责实施。选修本门课程的学生来自学校基础医学院及几所附属医院，所学专业包括微生物学、生物技术、病原生物学、皮肤病与性病学、传染病学、临床检验诊断学等。在本科阶段，这些学生有的就读于医学院校，有的就读于综合大学或农林、师范院校。如何以能力提升为导向，结合学生专业方向及教育背景多样的实际情况开展好这门课程的教学工作，在教学工作中如何提高学生对理论知识的掌握能力、跟踪学习新技术新方法的能力、将基础研究与临床应用相结合的能力、解决实践中瓶颈问题的能力、科学思维和逻辑推理能力以及创新创造能力，本文总结多年来的教学工作经验，以人类免疫缺陷病毒为例做一探讨。

1 教学内容设置应符合能力提升目标要求

为全方位提升学生能力，教学内容的设置需符合课本知识与学科进展相结合、科学研究与实践应用相结合、基础医学与临床医学相结合等原则。按照课程标准，结合这些原则，选择7个方面12个主题作为本门课程的教学内容：①若干重要病原微生物的基础与临床，如结核分枝杆菌、肝炎病毒、汉坦病毒、人类免疫缺陷病毒；②临床实践中的病原微生物学问题，如感染性疾病的临床检验、诊断方法与进展，细菌耐药现状与临床对策；③病原微生物研究的常用实验技术，如抗体研究及其在病毒性疾病治疗中的应用、病毒载体的研究与应用；④病原微生物动物实验技术，如感染性疾病动物模型的制备与应用；⑤病原微生物实验室生物安全，如实验室生物安全的防护原则、措施方法、设施设备等；⑥抗病原微生物药物研发，如抗病毒药物研发进展；⑦热点问题探讨，如微生态与人类疾病。本门课程共24课时(包括基础医学18课时、临床医学4课时、实验动物2课时)，教学大纲参考执业医师考试大纲及《研究生病原微生物的基础与临床教学大纲》，学分为1.5分。选修学生人数历年不等，2020年秋季为19人。问卷调查和随访调查显示，学生对课程设置、教师授课等评价普遍良好。

2 教学团队组成及教材选择应体现能力提升目标要求

2.1 组成多单位、多学科教师参与的教学团队

本门课程任课教师由来自空军军医大学基础医学院微生物与病原生物学教研室及细胞生物学教研室，第一附属医院呼吸科、检验科，以及实验动物中心等3个单位5个科室的11位教授(主任医师)、副教授(副主任医师)组成。所有任课教师均常年从事教学、科研和临床一线工作，具有丰富的教学和临床经验。

2.2 选择深度、广度适宜的教材

通过对多种同类型教材的比较，教学组选择徐志凯、郭晓奎等编写的《医学微生物学》[1]为本门课程教材。该教材为卫生和计划生育委员会“十二五”规划教材、全国高等医药教材建设研究会“十二五”规划教材，属于科研人员核心能力提升导引丛书之一，也是专门供研究生及科研人员使用的教材。内容涵盖细菌、病毒、真菌等，围绕基础微生物学与临床微生物学的重要进展或热点问题分为若干单元进行编排。教材突出总论部分，强调讲深讲透医学微生物学的基本问题和重点问题。各论部分将几种重要细菌和病毒单独列章，其他则选择代表性的分别组成单元。在保持系统性的基础上，教材注重提高重要基础知识的深度，注重基础与临床的结合，注重学生科学思维与创新能力的培养，多年以来，该教材受到任课教师和学生的好评。教学过程中，还参考李凡等主编的《医学微生物学》[2]、李兰娟等主编的《传染病学》[3]、《感染性疾病》[4]，万学红等主编的《诊断学》[5]等教材。

3 通过对新文献、新进展的推介多方位提升学生综合能力

3.1 提高学生对重要基础知识理解和深度掌握的能力

病原微生物致病机制中往往蕴含着重要基础知识。教师在授课中，可以结合最新文献和进展，提高学生对更深层次问题的理解和掌握。如人类免疫缺陷病毒(HIV)感染者中存在“长期感染不进展者”(long-term non-progressors)，或称“精英控制者”(elite controllers)，是指人体被HIV感染后，在不使用抗病毒治疗(ART)的情况下，可以长期不出现临床症状，也不发展为艾滋病病人。教学过程中，首先给学生介绍这种现象的常见机制，如CCR5△32突变(辅受体CCR5发生32个碱基缺失的突变)及CCR2-64I突变(基因开放阅读框起始位点ATG后的第190位点上发生G→A核苷酸的替换，翻译的多肽第64个缬氨酸被异亮氨酸所代替)。随后，从HIV基因整合、表达的角度，引入Jiang等[6]的研究，阐述其如何利用新一代测序技术绘制出人类基因组中完整HIV基因组的具体位点，以及在“精英控制者”中，HIV基因组为何不能有效表达。进一步从免疫细胞功能的角度，引入Son等[7]的研究，阐述其发现“精英控制者”的淋巴组织中具有更多HIV特异性T细胞的过程，引导学生分析“精英控制者”的淋巴组织如何通过增强核糖体功能、增加细胞因子数量和类型及增强细胞多功能性(polyfunctionality)来抑制HIV复制的机制。

3.2 提高学生跟踪学习新技术新方法的能力

新技术新方法的出现和应用，可以极大地推动一门学科的发展，病原微生物学也同样如此。单克隆抗体技术、PCR技术、基因检测及基因治疗技术等，都曾对病原微生物学的发展起到了很大的推动作用。CRISPR-Cas9基因编辑技术是目前备受关注的新技术新方法，具有很大的应用潜能。首先向学生介绍CRISPR-Cas9基因编辑技术的特点及应用，随后引入邓宏魁团队的研究[8]，讲解如何使用基因编辑技术在人造血干细胞中失活CCR5基因片段，并将编辑后的干细胞移植到HIV感染合并急性淋巴细胞白血病患者体内。分析经过基因编辑的T细胞为何在T细胞总数量中占比可以显著增加，这种增加对于抗病毒活性又有怎样的意义。引导学生总结出此项研究的关键突破——为解决CCR5△32纯合子突变个体稀缺、干细胞移植供体难以寻觅的问题提供了新的方法和途径，使广泛应用CCR5△32突变技术治疗艾滋病更趋现实。进一步介绍Prasanta等[9]的研究。阐述将长效慢释放抗病毒治疗策略LASER ART与CRISPR-Cas9结合使用的方法，分析使用这种方法切除HIV-1整合在人源化小鼠体内前病毒DNA片段的机制，及其对于清除HIV潜伏病毒库的意义。

3.3 提高学生将基础研究与临床应用相结合的能力

CCR5△32纯合子突变对于HIV感染的阻断，以及杂合子突变对于病毒载量的减少已经得到实验研究的充分证明。但是，如何将这种机制运用到艾滋病治疗的临床实践中一直是一个难题。首先给学生介绍“柏林病人”蒂莫西·布朗(Timothy Brown)被诊断为HIV感染，同时罹患急性髓系白血病的病情。阐述柏林大学医院的杰罗·厄特(Gero Hütter)医师如何突破性地提出“一石二鸟”的策略，给布朗移植带有CCR5△32纯合突变的造血干细胞[10]，使其白血病得以治愈的同时，艾滋病也得以功能性治愈的过程并分析其原因。随后，向学生介绍Ravindra等[11]报道的“伦敦病人”案例，指出两者虽然都是通过移植带有CCR5△32纯合子突变的造血干细胞，从而功能性治愈艾滋病的案例，但实际上存在很多差异。进一步向学生介绍“圣保罗病人”案例[12]，分析此案例与上述两个案例的本质区别，提出为什么此例病人只是在常规ART的基础上增加了抗病毒药物的种类和数量，补充烟酰胺就可以达到停药66周血液中不能检出HIV的效果，是特例还是具有普遍性？引导学生分析烟酰胺最初的用途，以及在抗HIV中可能的作用和机制，进一步引申为对“老药新用”现象的总结，如地塞米松(dexamethasone)在新冠肺炎治疗中的应用等。

3.4 提高学生解决实践中瓶颈问题的能力

目前艾滋病治疗中，大多数病人使用ART后可以达到理想的抗病毒效果。但ART需每天服药，一旦停药，病毒载量会快速反弹。由于艾滋病治疗病程周期长、药物副作用强等因素，一些患者服药依从性差，这也是艾滋病治疗中的一个瓶颈问题。笔者首先向学生介绍David等[13]发现将两种药物(卡博替韦+利匹韦林)联合使用的一种长效治疗策略，只需每4周或每8周注射治疗一次，就可达到与每日口服3种抗病毒药物相同的疗效，达到持续96周的HIV-1抑制，并且受试者耐受性良好。引导学生分析此策略中，除了将抗病毒药物从口服改为注射外，还有哪些方法使疗效如此大幅度提升。随后介绍Chloe等[14]和Susan等[15]的两项III期临床试验。两项试验也初步证实了长效“卡博替韦+利匹韦林”治疗的有效性，被誉为HIV治疗药物开发的重要里程碑。引导学生分析长效抗逆转录病毒药物对于提高病人依从性、降低副作用、减少耐药性等方面的积极意义。向学生介绍John等[16]的报道：吉利德公司用x射线晶体学设计一个小分子GS-6207，该分子作用靶点不在传统的逆转录酶、蛋白酶、整合酶或病毒穿入过程，而在HIV衣壳蛋白单体之间的界面上，通过干扰蛋白之间的相互作用抑制病毒。初步试验表明，单剂量皮下注射GS-6207可具有持续的抗病毒活性超过6个月。此研究所涉及的基于晶体学的小分子药物合成、作用靶点策略性改变、注射一针长达6个月的病毒抑制效果、与已有抗病毒药物的高度协同性等突破性进展，都很有启发性，值得认真学习和思考。

3.5 提高学生科学思维水平和逻辑推理能力

在讲授如何应对HIV潜伏病毒库的问题时，首先提出细菌芽胞灭活的问题。芽胞是细菌的休眠体形式，由于其组成、结构的特点，常规灭菌很难将其灭活。但是，如果借助外力并通过温度或pH值的改变破坏芽胞壳，再给予充足的水分和营养，芽胞可以萌发形成新的菌体。此时，再用常规灭菌方法就可以轻易地将其灭活。顺着这条思路，引导学生学习2020年1月Nature同期刊发的两篇文献。两篇文献从不同角度报道了一种艾滋病治疗的新策略——“激活并杀死”(Shock and kill)。这种策略旨在通过增强潜伏病毒基因的表达(即“激活”)，使被感染细胞更容易被免疫系统识别并消灭(即“杀死”)，与先使芽胞萌发、再将其灭活的策略虽相同，但方法却又各有特点。Julia等[17]使用了一种名为AZD5582的药物激活转录因子NF-κB，NF-κB是HIV-1基因表达的主要刺激因子，随后再将病毒杀灭。而Christopher等[18]则另辟蹊径，首先通过抗体疗法耗竭感染者CD8+T细胞，CD8+T细胞具有降低病毒转录水平的功能。当潜伏病毒表达以后，再设法将其杀灭。文献中蕴含的科学思维及逻辑推理方法，比如抗病毒治疗前先激活病毒表达的逆向思维法；从直接激活病毒到降低机体免疫水平从而间接激活病毒的发散思维方法，以及教师从细菌芽胞灭活联想到潜伏病毒灭活的迁延思维方法等，都对提高学生分析问题和解决问题的能力大有裨益。

3.6 提高学生创新创造能力

创新创造能力是科技人员的核心能力，创新创造能力的培养是研究生培养的主要目标之一。艾滋病作为人类抗击传染病历史上面对的最残忍、最狡猾的敌人之一，全球大量科学家(包括很多顶尖实验室的顶尖专家)投身于对它的研究，取得了大量极富创新性和创造性的技术、方法、理论和观点，如Alison等[19]报道跟踪了972对男同性恋伴侣，伴侣一方为HIV阳性，接受ART治疗并控制病毒载量在极低水平，另一方为HIV阴性。8年随访结果表明，HIV未在性伴侣间传播。张思玮采访《柳叶刀-艾滋病》主编Peter时，Peter评价到：在接受ART治疗的患者中，如果病毒载量低于检测下限(低于200拷贝/mL)，HIV很难传播，艾滋病已经成为一种可防可控的慢性病。美国CDC建议以下HIV阴性人群可使用暴露前预防(pre-exposure prophylaxis，PrEP)药物预防HIV：①在过去6个月有过无保护肛交或阴道性交，且有HIV阳性的性伴侣(尤其是HIV病毒载量未知或可以检测到的)；或不持续使用安全套；或过去6个月被诊断患有其他性传播疾病。②注射药物使用者，且有HIV阳性的注射伙伴；或共用针头、注射器或其他注射药物设备。③曾因非职业暴露而使用过暴露后预防(post-exposure prophylaxis，PEP)的人群，且具有持续高危行为；或曾多次使用PEP。PrEP药物有多种，包括我国2020年8月批准上市的“舒发泰”(Truvada)，美国FDA批准上市的“达可挥”(Descovy)等。虽然艾滋病诊、防、治研究进展快速，但仍需向学生指出，艾滋病流行形势依然严峻。据联合国艾滋病规划署发布的《2020全球艾滋病防治进展报告》报道，仅2019年全球仍有170万人新感染HIV，69万人死于艾滋病。这些问题的解决，都寄希望于未来更多的创新和创造。

4 结 语

病原微生物学教学过程中，对于本科阶段的学生，强调其对基本知识、基本方法和基本技能的掌握。而对于研究生理论课学习阶段的学生，则强调提高其综合能力，包括对深层次基础理论知识的理解掌握能力、跟踪学习新技术新方法的能力、将基础研究与临床应用相结合的能力、解决实践中瓶颈问题的能力、科学思维和逻辑推理能力及创新创造能力[20]等。提高这些能力的方法主要包括以下几个方面：①做好顶层设计，设置好教学内容；②组建包括基础与临床在内的多学科专家组成的师资队伍；③教师对教材内容要精讲细讲，使学生强基固本；④教师要积极引导学生钻研新文献、新进展。总之，在教学过程中，要求学生既要加强对基础知识、基本方法和基本技术的掌握，又要重视对新知识、新方法、新技术，尤其是新思路、新理论和新观点的学习。对于一些前瞻性强、启发性好的文献和进展，更应详加研读。