陳欣+孫宇+郭俊

[摘要] 精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)是醫(yī)學(xué)科學(xué)發(fā)展趨勢，基因組學(xué)是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的重要手段。常見病、罕見病的基因組學(xué)研究及藥物基因組學(xué)在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時代得到廣泛應(yīng)用。因此，基因組學(xué)教學(xué)應(yīng)緊跟學(xué)科發(fā)展的步伐，使醫(yī)學(xué)研究生既能掌握基因組學(xué)的基礎(chǔ)知識，又能及時了解最新的基因組學(xué)發(fā)展及應(yīng)用，通過學(xué)習(xí)這門課程提高研究生的科研能力和水平，并為他們將來從事臨床工作打下良好的基礎(chǔ)。這也要求基因組學(xué)教學(xué)模式進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，適應(yīng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時代基因組學(xué)快速發(fā)展的要求，拓展醫(yī)學(xué)研究生的基礎(chǔ)知識面，培養(yǎng)出具有多個學(xué)科交叉背景的醫(yī)學(xué)人才。

[關(guān)鍵詞] 精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)；基因組學(xué)；醫(yī)學(xué)研究生；培養(yǎng)

[中圖分類號] R394；G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673-7210（2017）01（a）-0113-04

[Abstract] Precision medicine is the development trend of medical science. The ability to practice precision medicine is dependent on genomics. The genomics research of common diseases and rare diseases， as well as the pharmacogenomics have been widely used in the era of precision medicine. To help the postgraduate students master the basic knowledge of genomics and understanding the latest genomics development and application， it is necessary to keep pace with the development of discipline. By learning genomics， the medical postgraduates can improve the ability and level of scientific research， and lay a good found a tion for their clinical work in future. To adapt to the requirements of the rapid development of genomics， some elements of teaching mode should bead just to meet the requirements of rapid development of genomics in the era of precision medicine， which can expand the basic knowledge of medical postgraduates and train medical talents with interdisciplinary background.

[Key words] Precision medicine； Genomics； Medical postgraduates； Cultivation

精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)是以個體化醫(yī)療為基礎(chǔ)、隨著基因組測序技術(shù)快速進(jìn)步以及生物信息與大數(shù)據(jù)科學(xué)的交叉應(yīng)用而發(fā)展起來的新型醫(yī)學(xué)概念與醫(yī)療模式。2015年1月20日，美國總統(tǒng)奧巴馬發(fā)表講話，呼吁美國要增加醫(yī)學(xué)研究經(jīng)費(fèi)，推動個體化基因組學(xué)研究，依據(jù)個人基因信息為癌癥及其他疾病患者制訂個體醫(yī)療方案，拉開了精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的大幕。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)體現(xiàn)了醫(yī)學(xué)科學(xué)發(fā)展趨勢，也代表了臨床實(shí)踐發(fā)展的方向，必將在不遠(yuǎn)的將來惠及國民健康及疾病防治。基因組學(xué)研究是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的重要手段。本文就精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時代培養(yǎng)醫(yī)學(xué)研究生利用基因組學(xué)進(jìn)行科研工作和疾病診療的重要性以及基因組學(xué)教學(xué)模式的調(diào)整進(jìn)行初步探討。

1 精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的本質(zhì)

精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)是通過基因組、蛋白質(zhì)組等組學(xué)技術(shù)和其他前沿科技，依據(jù)患者內(nèi)在生物學(xué)信息及臨床特點(diǎn)，在分子學(xué)水平為疾病提供更加精細(xì)的分類及診斷，從而對患者進(jìn)行個性化精準(zhǔn)治療，以期達(dá)到治療效果最大化和副作用最小化的一門訂制醫(yī)療模式[1]。精確、準(zhǔn)時、共享、個體化是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的四要素。

精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究的主要目的是通過標(biāo)準(zhǔn)化的各種大型的隊列研究和多種組學(xué)研究，尋找疾病的新的生物標(biāo)志物以完善疾病分類；完善后的新疾病分型通過藥物基因組學(xué)等手段進(jìn)行臨床轉(zhuǎn)化，達(dá)到個體化的精準(zhǔn)醫(yī)療[2]。如何將精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)化，服務(wù)于臨床實(shí)踐，將是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)模式下需要著重思考的問題。

2 基因組學(xué)在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)中的重要作用

基因組學(xué)屬于生命科學(xué)最活躍的研究領(lǐng)域之一，包括結(jié)構(gòu)基因組學(xué)和功能基因組學(xué)，是研究生物基因組的組成、組內(nèi)各基因的精確結(jié)構(gòu)、相互關(guān)系及表達(dá)調(diào)控的科學(xué)?；蚪M學(xué)對生物的研究比傳統(tǒng)遺傳學(xué)全面而系統(tǒng)。隨著人類基因組草圖的公布及第二代測序技術(shù)的發(fā)展，基因組學(xué)研究揭開新的一頁，使醫(yī)學(xué)工作者對疾病機(jī)制及其診斷和治療有了新的認(rèn)識?；蚪M學(xué)是多組學(xué)研究的基礎(chǔ)，能夠發(fā)現(xiàn)包括單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNPs）、插入與缺失（insertions and deletions，InDels）、基因組結(jié)構(gòu)變異（structure variations，SVs）及拷貝數(shù)變化（copy number variations，CNVs）等在內(nèi)的疾病特異性突變，以及包括DNA甲基化在內(nèi)的表觀遺傳學(xué)層面的調(diào)控機(jī)制；轉(zhuǎn)錄組水平的測序還有助于了解基因在轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)差異和調(diào)控機(jī)制。第二代測序技術(shù)使基因組檢測成本大大降低，速度快速提升，使得針對普通個人的基因組應(yīng)用成為可能。個體基因組為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的臨床應(yīng)用（個體化醫(yī)療）提供基礎(chǔ)。因此，基因組學(xué)研究是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的重要手段，在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時代對基因組學(xué)應(yīng)用能力的培養(yǎng)具有重要意義。

2.1 精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時代基因組學(xué)在常見病中的應(yīng)用

測序技術(shù)的成熟使醫(yī)學(xué)工作者能夠依據(jù)患者基因組學(xué)的不同，對目前為數(shù)不少的疾?。ㄈ缒[瘤、心血管疾病、骨科疾病等）進(jìn)行預(yù)防、診斷和治療。以腫瘤為例，通過基因組學(xué)研究可對腫瘤進(jìn)行分子細(xì)胞學(xué)診斷和個體化治療。研究表明，攜帶突變腫瘤抑制基因BRCA1或BRCA2的婦女具有高乳腺癌（60%～80%累積風(fēng)險）及卵巢癌風(fēng)險[3]。針對攜帶突變腫瘤抑制基因BRCA1或BRCA2的婦女人群，預(yù)防性雙乳房切除術(shù)和卵巢切除術(shù)成為乳腺癌和卵巢癌的風(fēng)險控制策略[4]，可使BRCA1或BRCA2基因突變攜帶者患乳腺癌的風(fēng)險降低90%[5]。APC基因突變與家族性腺瘤息肉病密切相關(guān)，多數(shù)病人在40歲前惡變?yōu)榻Y(jié)腸癌[6]。因此APC基因突變的家族性腺瘤息肉綜合征患者，應(yīng)該推薦手術(shù)[7]。

此外，基因組學(xué)研究也在其他常見疾病的預(yù)防、診斷和治療中發(fā)揮優(yōu)勢。如心血管疾病中病情最為兇險的胸主動脈瘤和夾層，如不能及時有效預(yù)防和治療，動脈壁破裂會導(dǎo)致致命的大出血。但若在主動脈發(fā)生破裂之前，預(yù)防性實(shí)施外科手術(shù)或支架植入術(shù)治療，其并發(fā)癥發(fā)生率和死亡率均明顯降低。胸主動脈瘤和夾層是多因素疾病，遺傳及環(huán)境均參與其發(fā)病，部分胸主動脈瘤和夾層患者有家族史，呈常染色體顯性遺傳模式遺傳。目前已知胸主動脈瘤和夾層的致病基因有十幾個，最常見的有FBN1[8]、TGFBR1/2[9]、MYH11[10]、ACTA2[11]等。致病基因突變類型不同，可能導(dǎo)致患者發(fā)病年齡及病情嚴(yán)重程度不同[12]。通過分析患者基因型可對疾病進(jìn)行分層分型，為臨床干預(yù)提供線索。骨科疾病中后縱韌帶骨化的發(fā)病也被證明與多個基因相關(guān)[13]，并且有基因突變的患者其后縱韌帶骨化類型以連續(xù)型居多，表型更為嚴(yán)重[14]。從基因組學(xué)角度明確診斷，可幫助選擇最有效治療方案，并為其直系親屬提供針對突變基因的靶向檢查和相應(yīng)的早期監(jiān)測和篩查。

2.2 精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時代基因組學(xué)在罕見病中的應(yīng)用

罕見病指患病率極低的一大類疾病。WHO將罕見病定義為患病人數(shù)占總?cè)丝诘?.65‰～1.00‰之間的疾病或表型。目前國際確認(rèn)的罕見病約有7000種，約占人類疾病的10%[15-16]。罕見病種類繁多，還具有誤診率高、診斷困難和可治性低等特點(diǎn)，給國家、社會和家庭帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。由于罕見病中80%是由于基因缺陷所導(dǎo)致的，具有遺傳性[15]，因此，開展針對此類疾病的基因組學(xué)研究非常必要。近幾年來全外顯子組測序和靶向目標(biāo)基因測序正逐步被應(yīng)用于臨床分子診斷領(lǐng)域，為提高罕見病的診斷率，改善治療效果起到了重要的作用。根據(jù)在線人類孟德爾遺傳（Online MendelianInheritance in Man，OMIM）數(shù)據(jù)庫等網(wǎng)站的統(tǒng)計，目前已報道的7000多種疾病或表型中，有4000多種已明確致病基因，但還有3000多種致病機(jī)制不清。希望隨著精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)計劃的開展，我們會對人類基因有更深入的認(rèn)識，揭示更多的罕見病病因。

同時，隨著胚胎植入前基因篩查和診斷技術(shù)的成熟，可通過對體外受精卵的檢測，只將不攜帶致病基因的受精卵植入子宮發(fā)育成胎兒，從而避免了致病基因的遺傳而使新生兒免于患病。

2.3 精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時代藥物基因組學(xué)的應(yīng)用

個體化靶向用藥是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的重要內(nèi)容之一。藥物基因組學(xué)研究基因變異對藥物在人體內(nèi)吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、代謝、消除、療效及不良反應(yīng)產(chǎn)生影響的現(xiàn)象及其機(jī)制，從而提高藥物的療效及安全性，并以此指導(dǎo)合理用藥及新藥開發(fā)。

同樣以腫瘤為例，第二代測序技術(shù)可檢測多種腫瘤相關(guān)基因，從而使臨床醫(yī)師能及時根據(jù)腫瘤基因突變情況，選擇有效靶向治療藥物，對患者進(jìn)行個體化治療。如非小細(xì)胞肺癌患者中EGFR突變患者接受吉非替尼治療的有效率更高，比傳統(tǒng)的化療具有更好的治療效果和更小的不良反應(yīng)[17]。約15%乳腺癌患者HER2基因擴(kuò)增，這組患者比HER2基因無擴(kuò)增乳腺癌患者的預(yù)后差，但能從化療和HER2靶向藥物（曲妥珠單抗）治療中獲益[18]。轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者如存EGFR突變，能從西妥昔單抗治療獲益，但如患者同時存在RAS活化突變時則對西妥昔單抗治療無效。因此，在應(yīng)用西妥昔單抗治療晚期結(jié)直腸癌之前，必須同時檢測EGFR和RAS突變狀況才能決定能否用西妥昔單抗治療[19]。

除了依據(jù)不同腫瘤基因變異的靶向藥物治療，藥物基因?qū)W在各類疾病的臨床藥物選擇中發(fā)揮作用。比如臨床上在血栓栓塞性疾病等情況下常用的藥物華法林，其安全治療窗狹窄，抗凝不適度時易引起出血、栓塞甚至死亡等嚴(yán)重并發(fā)癥。近年的臨床觀察發(fā)現(xiàn)，不同患者對華法林使用的個體差異很大，而這些差異跟患者本身的基因背景有直接的關(guān)系。華法林代謝酶基因，如肝臟中細(xì)胞色素P4502C9（cytochromeP4502C9，CYP2C9）、維生素K環(huán)氧化物還原酶復(fù)合體亞單位1（vitamin K epoxide reductase complexsubunit 1，VKORC1）[20-21]、細(xì)胞色素P4504F2（cytochrome P4504F2，CYP4F2）[22]及γ-谷氨酰羧化酶（γ-glutamylcarboxylase，GGCX）[23-24]基因的SNPs對華法林的藥物代謝動力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生重要影響。美國FDA在2010年2月修改了華法林的藥物說明書，因?yàn)閯┝康幕蛱禺愋?，在開具該處方藥前，建議對CYP2C9、VKORC1等基因的SNPs進(jìn)行檢測，針對不同的基因類型進(jìn)行藥物劑量調(diào)整。

3 精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)模式下基因組學(xué)教學(xué)模式

3.1 強(qiáng)化以問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式

基因組學(xué)是多學(xué)科交叉學(xué)科，內(nèi)容比較抽象，不易理解。為此，將問題教學(xué)法（problem-based learning，PBL）[25]引入醫(yī)學(xué)基因組學(xué)教學(xué)中，是教學(xué)方法改革發(fā)展的必然趨勢[26]。PBL教學(xué)模式不僅能克服傳統(tǒng)教學(xué)方法中存在的弊端，可以促進(jìn)學(xué)生不斷地思考，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)過程中存在的問題，通過討論加深對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，使學(xué)生對理論知識的掌握更加深刻；PBL教學(xué)模式還可鍛煉學(xué)生們理論學(xué)習(xí)之外的多方面的能力，如邏輯推理、口頭表達(dá)的能力，還可鍛煉學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行文獻(xiàn)檢索、查閱資料的能力，對所學(xué)理論進(jìn)行歸納總結(jié)、綜合理解的能力，從而使學(xué)生養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣，這些將對今后開展臨床工作打下良好基礎(chǔ)。

3.2 重視教學(xué)聯(lián)系臨床，引入案例教學(xué)模式

基因組學(xué)教學(xué)必須重視聯(lián)系臨床，案例教學(xué)模式應(yīng)用于基因組學(xué)教學(xué)中。為了加深學(xué)生對基因組學(xué)理論和技術(shù)的理解，提升學(xué)生對所學(xué)知識的應(yīng)用能力，利用案例教學(xué)，以臨床實(shí)踐中的真實(shí)病例或疾病家系作為案例，在深入分析的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生圍繞案例進(jìn)行探討和辯論，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。把抽象的東西具體化，讓學(xué)生認(rèn)識到這些基礎(chǔ)知識和理論在實(shí)際工作中的用處和表現(xiàn)，了解這些基礎(chǔ)知識和理論具有的特定含義和意義，從而大大激發(fā)學(xué)生主動積極學(xué)習(xí)這方面理論知識的興趣。

3.3 大數(shù)據(jù)分析教學(xué)

無論是群體還是患者個體的基礎(chǔ)基因組學(xué)數(shù)據(jù)，都涉及大規(guī)模的數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)展示和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識的過程。同樣地檢測結(jié)果，運(yùn)用不同的生物信息學(xué)分析方法獲得的結(jié)果，可能是不同的。因此，醫(yī)學(xué)研究生的培養(yǎng)，需要學(xué)會利用多種方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行生物信息學(xué)分析，明確各種分析結(jié)果的意義。網(wǎng)絡(luò)中有許多基因組數(shù)據(jù)和基因組數(shù)據(jù)分析軟件資源，例如，美國國立生物技術(shù)信息中心（National Center for Biotechnology Information，NCBI）基因組分析資源網(wǎng)站、人類基因數(shù)據(jù)庫（www.genecards.com）等，提供了許多生物信息學(xué)在線分析軟件及網(wǎng)站鏈接。在教學(xué)過程中，要使學(xué)生了解并學(xué)會使用這些專業(yè)網(wǎng)站，利用這些網(wǎng)站資源進(jìn)行自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，從而提高了學(xué)生及時掌握各種最新的生物信息學(xué)分析的能力。

4 結(jié)語

精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)是生物學(xué)技術(shù)與醫(yī)學(xué)技術(shù)的一次大融合，因此，亟需大量了解基因組學(xué)知識的臨床人才，并建立完善的臨床培訓(xùn)體系。在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時代，強(qiáng)調(diào)藥物的使用和疾病診斷需要依據(jù)一定的數(shù)據(jù)，如遺傳信息，進(jìn)行合理有效開展。醫(yī)學(xué)研究生的培養(yǎng)和教育有了新的內(nèi)容與課題，這就要求承擔(dān)基因組學(xué)教學(xué)的教師必須努力提高自身水平，勤于學(xué)習(xí)遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)及分子生物學(xué)等相關(guān)學(xué)科，了解最新的學(xué)科前沿動態(tài)，主動獲取更多參考資料和文獻(xiàn)，隨時更新知識，掌握新方法新技術(shù)，并將最新的知識和方法傳授給學(xué)生。只有這樣，才能適應(yīng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時代基因組學(xué)快速發(fā)展的要求，并提高教學(xué)質(zhì)量，拓展學(xué)生的基礎(chǔ)知識面，培養(yǎng)出具有多個學(xué)科交叉背景的醫(yī)學(xué)人才。

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（收稿日期：2016-09-24 本文編輯：李岳澤）