科研成果融入《病理生理学》课堂教学的探索

李晋 唐薇薇 申莲花 袁冰舒 徐尚福 李丽娟

当前，国家大力实施创新驱动发展，高度重视科研成果转化工作，科研育人已成为现今教育创新的重要特征[1-2]。医学高等院校生存和发展面临的重要问题即构建科教融合和谐体系，促进医学专业人才培养，提升办学水平和质量。只有将教学和科研相互融合，科研工作围绕教学核心，理论教学促进科学研究不断探索，才能实现科研与教学有机结合，共同发展。医学专任教师作为高等医学院校培养医学生的主体，是培养人才的中坚力量，对科研和教学关系的处理直接影响医学院校的内涵建设和创新型人才的培养[3-5]。《病理生理学》是医学本科教学的基础和交叉课程之一，整个教学内容中包含原因与结果、损伤与抗损伤、主要矛盾与次要矛盾等辩证关系，是医学中的哲学，涉及概念繁多、理论抽象，同时兼顾实验性，重点培养学生辩证分析问题和科学研究的能力[6]。但由于学习难度较高且内容相对枯燥，往往使得处于基础学习阶段的医学生觉得病理生理学晦涩难懂，各种机制逻辑关系复杂，学习过程中易造成简单的死记硬背现象，出现畏难甚至厌学情绪，难以收到良好的教学效果。如果教师能将科研成果引入病理生理学的课堂教学，比如将信号通路的最新研究成果、凋亡细胞的图片以及肝性脑病动物模型等分别融入对应的章节，不仅使枯燥的学习内容生动有趣化，还能激发学生的好奇心，了解前沿科学的发展，在帮助学生理解记忆书本知识的同时，提升学生的科研思维能力，促进学生综合素质的全面提升。

1 科研成果融入课堂教学的必要性

《病理生理学》是一门研究疾病发生、发展过程中机体功能和代谢改变规律及机制的学科，作为联系基础医学与临床医学的“桥梁学科”[7]，是重要的医学理论课程之一。与医学生已经学过的人体解剖学、病理学和组织胚胎学等以形态学为基础的课程不同，病理生理学的理论主要来自实验研究和临床观察等，揭示人体疾病隐藏的规律和机制，很多理论比较抽象，看不见也摸不着，使人难以理解和记忆，如果能将实验研究取得的科研成果与病理生理学课堂教学紧密联系起来，使枯燥的课程丰富多彩化，既能够激发医学生的学习兴趣和探索欲，又有助于帮助医学生梳理疾病发生的规律和机制，甚至还能引导医学生形成早期的科研思维，具有可行性和必要性。

2 科研成果融入“细胞信号转导异常与疾病”的设计

对于多细胞生物，细胞与细胞之间不是孤立存在的，而是通过细胞间的信息交流协调活动来完成有序的生命活动，细胞信号转导是细胞间信息交流的重要方式之一。细胞信号转导指细胞通过位于胞膜或胞内受体，接受细胞外信号，通过细胞内复杂的级联信号转导，进而调节胞内蛋白质的活性或基因表达，使细胞发生相应生物学效应的过程[7]。信号通路复杂繁多、调控错综交叉是细胞信号转导的特点，也是医学生学习的难点与重点[8]。同时，细胞信号转导及其调控是近年细胞生物学、分子生物学和医学领域的研究热点之一，越来越多的研究表明，细胞信号转导异常与多种疾病比如肿瘤、糖尿病、肝脏疾病、肾脏疾病等的发生、发展和预后直接相关，阐明它们的作用机制对于认识疾病的本质具有重要意义。如果在这一章节的讲授中加入细胞信号转导最新科研成果，不仅能够帮助学生熟练掌握细胞信号转导过程，并且对医学生科研思维的启迪与科研兴趣的培养具有重要的作用。比如在介绍受体酪氨酸蛋白激酶介导的信号转导途径这部分内容时，增加丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号通路的研究进展。近年，世界范围内最吸睛的研究方向即细胞信号通路与肿瘤之间千丝万缕的联系。MAPK 信号通路是细胞中大佬级别的信息传递链，参与细胞的生长、发育、分化、凋亡等一系列细胞生理活动，是诱发肿瘤产生的重灾区，使学生对MAPK 信号通路有了初步了解。接下来和学生分享近年来有关MAPK 的科研成果。比如研究发现62 例肺癌患者的癌组织中MAPK 蛋白表达明显增高，且与预后关系密切，提示MAPK 可能参与肺癌的发生及发展过程[9]。对20 例食管癌高发人群哈萨克族患者手术治疗前进行血液中游离DNA 检测，发现MAPK基因表达检出率显著高于健康人群，说明检测食管癌患者血液游离DNA 中是否含MAPK 基因，将有助于判断肿瘤恶性程度、治疗效果和预后[10]。MAPK 还可促进血管内皮细胞增殖和新血管生成。新血管生成后可为肿瘤提供更多的营养，加速肿瘤的生长，促进癌细胞的扩散[11]。另外，研究人员还针对阻断MAPK 途径筛选出抗肿瘤药物，比如从中草药三叶青中提取的三叶青总黄酮，通过阻断MAPK 信号途径抑制体外培养的多株乳腺癌细胞增殖[12]，其中涉及细胞增殖和凋亡的概念，更为后续章节设置悬念。这一章的课堂讲授与信号通路有关的科研成果相融合，既能扩宽学生的视野，又能激发学生的科研热情，使学生加深对书本理论知识的理解。

3 科研成果融入“细胞增殖和凋亡异常与疾病”的设计

细胞是构成生命有机体的基本单位。细胞通过分裂增加其数量，通过凋亡清除衰老、突变或受损的细胞。“细胞增殖和凋亡异常与疾病”章节的第一节主要介绍细胞周期及其调控、细胞周期调控异常与疾病；第二节主要介绍细胞凋亡的概述、调控以及调控异常与疾病。这一章的内容正好与上一章节呼应，解释什么是细胞增殖和凋亡。本章教学内容大多比较抽象和枯燥，由于缺乏对专业的感性认识，学生对缺乏直观形象的抽象专业知识似懂非懂，只能通过死记硬背的方法记忆，长久下来会觉得这门课程乏味且晦涩难懂，失去学习兴趣。为此，将检测细胞增殖和细胞凋亡的经典实验融入课堂的讲授中，让抽象的细胞增殖和凋亡形象化，使同学们真真切切观察到增殖和凋亡的细胞。比如第一节细胞增殖部分，事先设计如下实验：将A549（肺癌细胞株）接种于96 孔板，待24 h 细胞贴壁后，分别设置空白对照组（不给药）、不同浓度给药组（依次加入不同浓度的抗肿瘤药物——顺铂），48 h 后倒置显微镜下观察拍照。在课堂讲授开始时，即可引入此照片，通过对不同细胞分组的观察，发现空白对照组的细胞最多最紧密，说明细胞增殖最快，各给药组随着给药浓度逐渐增加，细胞越来越少，说明在抗肿瘤药物顺铂的抑制下细胞增殖逐渐减慢，随即提出细胞增殖的快慢与细胞周期及其调控有关，让学生对细胞增殖有了形象的理解后再转入到抽象的机制学习，增强学习的目的性。在第二节细胞凋亡部分，同样设计了检测凋亡的经典实验：将A549（肺癌细胞株）接种于6 孔板，待24 h 细胞贴壁后，设置空白对照组和给药组（顺铂），将细胞继续孵育48 h 后，采用细胞凋亡荧光Hoechst33342/碘化丙啶（propidium lodide，PI）双染法对细胞进行染色[13]，倒置荧光显微镜下观察拍照。在课堂讲授介绍细胞凋亡的调控后，插入实验结果图片，并简单介绍Hoechst33342 和PI 两种核酸荧光染料的区别，由于凋亡细胞的细胞膜通透性增加，所以分子量小的Hoechst33342 穿透细胞膜，凋亡细胞的细胞核由于浓集而呈亮蓝色，或核呈分叶，碎片状，边集呈现亮蓝色。而PI 分子量大，不能穿透完整细胞膜，但可染坏死细胞（凋亡细胞的细胞膜通透性增加但完整，而坏死细胞的细胞膜不完整），坏死细胞的细胞核呈现红色，这样既可以直观观察到凋亡的细胞，又能够对凋亡、坏死细胞进行区分，帮助学生加深理解前面讲授的细胞凋亡和坏死的区别。

4 科研成果融入“肝功能不全——肝性脑病”的设计

肝性脑病（hepatic encephalopathy，HE）指在排出其他已知脑疾病的前提下，由肝功能障碍引发的一系列严重的神经精神综合征，患者表现为人格改变、智力减弱、意识障碍、昏迷甚至死亡。这一节的重点是肝性脑病的发病机制，尤其是氨中毒学说。由于这部分机制涉及广泛的医学基础知识且枯燥难于理解，照本宣科的教学方式会严重影响教学质量，达不到满意的学习效果，所以尝试将肝性脑病动物和细胞的实验结果融入这部分课堂教学中。在课堂上穿插肝性脑病动物模型制备的简介，采用大鼠腹腔注射硫代乙酰胺（一种肝毒性物质，通过加单氧酶的生物转化使肝细胞坏死，并引起脑代谢异常），连续3 天，每天1 次，同时设置空白对照组[14]。通过观察大鼠的行为学变化（旷场实验观察到模型组大鼠明显减少探究行为）和血氨浓度（升高）确定模型是否复制成功，结合实验结果强调血氨增高是引起肝性脑病的重要原因之一。那么肝性脑病患者出现诸多神经精神症状的本质是什么呢？结合文献证明肝性脑病的主要发病因素是脑水肿的发展，以及随后颅内压的增加和脑疝[15]。星形胶质细胞的肿胀是肝性脑病水肿的主要组成部分[16]。接下来，进一步结合病理学相关技术展示细胞实验结果[17]。从1～2 日龄乳鼠的大脑皮层分离出星形胶质细胞进行体外培养，将细胞分为空白对照组和肝性脑病组，肝性脑病组加入氯化铵模拟肝性脑病细胞模型，24 h 后倒置显微镜下直接观察细胞形态，并对细胞膜上的水通道蛋白4（水蛋白家族成员，是对水运动影响最大的水通道蛋白）进行荧光染色，倒置荧光显微镜下观察和拍照。通过与空白对照组相比，容易看出肝性脑病组的星形胶质细胞发生了明显的肿胀，细胞折光率增强，对于细胞水肿学生一目了然，更在脑海中留下肝性脑病出现神经症状的本质主要是星形胶质细胞水肿的深刻印象。荧光染色结果观察到水通道蛋白4 在肝性脑病组明显增多，很好地解释了星形胶质细胞为什么发生水肿。通过融入肝性脑病动物和细胞实验的结果，引导学生学习这部分内容化抽象为具体，更好地理解抽象的机制和原理。

《病理生理学》是公认难度较大的医学基础课程之一，同时在医学中也有着至关重要的作用。因为病理生理学的任务是研究疾病发生的原因、疾病过程中机体的功能、代谢动态变化及其发生机制，目的在于揭示疾病的本质，为建立有效的疾病诊疗和预防策略提供理论和实验依据，涉及内容抽象不易理解，课堂上如果只是将知识强行塞入学生脑中，久而久之学生会产生厌学心理，对《病理生理学》失去兴趣，教学效果低下。目前，各高校高度重视科研成果向教学一线的转化，教学工作与科研工作是相互促进、相辅相成的，将前沿科研成果向课堂教学转化，尤其在《病理生理学》这样难学的学科，在帮助学生将抽象知识形象化，帮助理解和记忆的同时，还使学生接触并思考前沿科研热点问题，能够有效拓宽学生的科研视野，充分开发学生的学习潜能，促进早期科研思维的形成。