可视化生信教学在“肿瘤信号转导”教学中的应用初探

白辰光 刘晓红 郑建明

[摘 要] “肿瘤信号转导”一直是“肿瘤病理生物学”教学的重点和难点，可视化生物信息学教学模式以生物信息学在线数据库为教学资源平台，借助可视化图片、三维模式图等讲解肿瘤信号转导的定义、经典通路，并分析靶向药物作用机制及临床常用靶向药物等内容。通过在线数据库分析，增加了师生间的交流互动，学生学习主动性明显提高。多数学生认为该教学模式可以为研究生课题设计提供思路和方法，并有助于将所学内容联系临床，实现基础理论学习和临床医疗实践的相互促进。可视化生物信息学教学模式不仅能提高教学效果，将授课内容与临床实践相结合，还可为医学研究生课题设计提供思路和方法，值得在研究生教学中推广应用。

[关键词] 可视化生物信息学;教学模式;肿瘤信号转导;医学研究生

[基金项目] 2015年度上海卫生计生系统重要薄弱学科建设计划“病理与检验学”（2015ZB0202）

[作者简介] 白辰光（1976—），男（满族），河北邢台人，医学博士，海军军医大学长海医院副教授，主要从事肿瘤病理诊断和病理学研究;刘晓红（1976—），女，山东济宁人，医学博士，海军军医大学长海医院副研究员（通信作者），主要从事疾病分子机制研究。

[中图分类号] G642   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）28-0140-04    [收稿日期] 2020-12-26

“肿瘤病理生物学”课程中的“肿瘤信号转导”部分的教学目的，是让学生了解信号转导异常在肿瘤发生发展过程中的重要作用。信号转导具有动态性、专一性、网络化特点，其结构复杂且涉及面广，一种分子转换的信号，可通过一条或多条信号通路转换，而不同类型分子转换的信号，也可通过相同的信号通路进行传递。因此，如何厘清信号通路之间的交互关系、增强教学的趣味性、提高学生学习的主动性，一直是“肿瘤信号转导”教学的重点和难点[1，2]。当前，靶向阻断肿瘤恶性进展关键信号通路已成为肿瘤治疗的新兴领域，并成功应用于临床。针对授课对象是即将迈入临床的医学研究生这一群体，如何有效地将国内外最新研究进展、临床应用现状与教学内容相结合，从而有助于学生将课程中所学到的内容应用于日后的临床实践，提高其科研分析能力和临床应用能力，是教学实践中亟须面临的课题。

针对以上问题，我们从学生的实际情况出发，将可视化生物信息学教学模式应用于“肿瘤信号转导”的教学实践中，有效解决了教学内容枯燥、学生无法将所学内容与临床应用相结合等问题，为授课教员提供了一种有效的教学方法。近年来，随着生物信息学的快速发展，特别是可视化数据库的建立为肿瘤生物研究和靶向治疗提供了丰富的大数据平台，而可视化生物信息学辅助教学模式可以让学生了解常用的在线生物信息学分析工具，通过大数据网络平台进行课题模拟设计，有助于培养研究生的科研思维，提高研究生的科研能力。

一、课程设计实施

（一）课程设置特点

与以往课程比较，删除文字描述为主的信号转导通路的教学内容;以生物信息学在线数据库为教学资源平台，将抽象的信号转导通路简化为可视化的模式图，并用不同颜色线段、符号等直观展示通路中各分子之间的调控关系;在可视化模式图的基础上，增加靶向药物分类、作用靶点和阻断机制等研究内容;根据靶向药物的作用机制，讲解临床常用的一线、二线靶向药物。

（二）授课内容设计

授课内容分为三部分：第一部分，首先引出信号转导与肿瘤的发生发展及治疗密切相关，简要介绍信号转导的定义和基本过程，通过示意图方式描述“接受信号→信号转导→细胞应答”的过程，采用CST pathway、Sabiosciences数据库通路图讲解信号转导通路的专一性、复杂性、网络化。第二部分，讲解肿瘤发展过程中配体、受体、信号蛋白、信号转导异常的常见机制;重点介绍细胞膜生长因子受体分子异常（突变、异常扩增等）与肿瘤类型、发生发展、靶向治疗的关系，采用PROSITE、SWISS MODEL数据库三维模型图（见图1）动态讲解表皮生长因子受体（Epidermal Growth Factor Receptor，EGFR）、胰岛素生长因子受体（InSulin-like Growth Factor Receptor，IGFR）等的蛋白结构域、生长因子結合位点、酪氨酸激酶磷酸化位点等功能区域，并以TCGA数据库为平台，分析肺癌、大肠癌等常见肿瘤中生长因子受体突变热点区域;随后讲解生长因子受体激活的细胞内信号转导系统，采用My Cancer Genome数据库讲解生长因子受体所激活的下游信号通路，图示信号通路的家族成员之间的交互作用。第三部分，以EGFR为代表，采用My Cancer Genome数据库讲解靶向药物（单克隆抗体、小分子酪氨酸激酶抑制剂）设计思路，在信号转导通路中的作用位点和作用机制;并在此基础上，通过My Cancer Genome数据库大数据分析（见图2），讲解EGFR信号转导通路靶向药物的作用靶点、作用机制、临床应用指征、耐药机制等;最后，通过具体的临床病例，引导学生选择肿瘤靶向药物。

二、教学效果评价

（一）课堂教学效果

教学效果良好，学生注意力集中，认真思考。通过在线数据库分析，增加了师生互动环节，避免了“教师单纯讲、学生单纯听”的单向教学模式，由“纸上谈兵”转变为“线上模拟”。加之工具网站提供的可视化的多样化结果展示方式，学生学习的主动性和积极性明显提高，达到了良好的双向互动的目的。

（二）教学效果评价

课后发放问卷调查表，评价教学效果，问卷内容分为两部分：第一部分为学习内容考核;第二部分为问卷调查分析（表1是问卷调查内容及各比例分值分配）。其中学习内容考核结果表明，100%（36/36）的学生能掌握信号转导章节的主要概念，88.9%（32/36）的学生能够描述经典信号转导通路及其相关靶向治疗药物，教学效果得到极大的提高。问卷调查结果表明，100%学生认为“可视化生物信息学教学模式”有助于课程学习和对教学内容的理解，认为生物信息学教学为其研究生课题设计提供了思路和方法，91.7%（33/36）学生认为该教学模式开阔了其科研视野;100%学生表示他们将会把生物信息学分析应用到他们今后的课题研究实践之中。问卷调查结果亦表明，100%学生认为“可视化生物信息学教学模式”有助于将所学内容联系临床、强化教学效果。83.3%（30/36）学生认为在今后的临床工作中，他们会选择My Cancer Genome等数据库作为临床用药的参考。