徐英岐 白靜 徐娟 李霞

摘 要：大數(shù)據(jù)藥物設(shè)計(jì)學(xué)是隨著生物信息學(xué)發(fā)展，生物信息學(xué)與藥物設(shè)計(jì)學(xué)相結(jié)合的新興學(xué)科，是生物信息學(xué)藥物組學(xué)專業(yè)，藥學(xué)專業(yè)的必修課程。因此開設(shè)大數(shù)據(jù)藥物設(shè)計(jì)學(xué)課程，是提高藥物研發(fā)數(shù)據(jù)挖掘的關(guān)鍵。因此優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法，使教學(xué)效果提升是大數(shù)據(jù)藥物設(shè)計(jì)學(xué)的關(guān)鍵問題。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù) 生物信息學(xué) 藥物設(shè)計(jì)學(xué) 教學(xué)方法

目前，全球藥物研發(fā)普遍面臨著成功率低、花費(fèi)高、研發(fā)生產(chǎn)周期長(zhǎng)的瓶頸。隨著高通量篩選、深度基因組測(cè)序、臨床實(shí)驗(yàn)等生物、化學(xué)、醫(yī)藥研究數(shù)據(jù)急速積累，生物醫(yī)藥大數(shù)據(jù)持續(xù)增長(zhǎng)。生物信息學(xué)可以快速地分析、選擇，幫助人們從海量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)和確定和藥物研發(fā)有關(guān)的關(guān)鍵信息，有助于提高藥物研發(fā)的成功率。大數(shù)據(jù)藥物設(shè)計(jì)學(xué)以藥物研發(fā)流程為主線，主要圍繞大數(shù)據(jù)在藥物研發(fā)過程中各個(gè)階段的應(yīng)用，研究?jī)?nèi)容主要包括基于大數(shù)據(jù)的藥靶發(fā)現(xiàn)，基于大數(shù)據(jù)的藥物毒理學(xué)研究，個(gè)體化用藥，藥物重置等。哈爾濱醫(yī)科大學(xué)生物信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2015在本科教育中開設(shè)大數(shù)據(jù)藥物設(shè)計(jì)學(xué)課程，全國(guó)首家。經(jīng)過四年的教學(xué)探索與實(shí)踐，取得了優(yōu)異的教學(xué)成果。本文主要從課程內(nèi)容的選擇，優(yōu)化和教學(xué)方法兩個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)。

一、教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

1.大數(shù)據(jù)藥物設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)理論

藥物設(shè)計(jì)學(xué)是隨著藥物化學(xué)學(xué)科的誕生相應(yīng)出現(xiàn)的。是藥物化學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，是圍繞著發(fā)現(xiàn)和設(shè)計(jì)新的藥物分子，藥物設(shè)計(jì)學(xué)的兩個(gè)核心目標(biāo)就是先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)和先導(dǎo)化合物的優(yōu)化。藥物設(shè)計(jì)學(xué)的教學(xué)內(nèi)容包括基于藥物結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)，基于理化性質(zhì)的藥物設(shè)計(jì)，基于作用機(jī)理的藥物設(shè)計(jì)^[1]。隨著人們對(duì)疾病和藥物的認(rèn)識(shí)，以及各類學(xué)科的出現(xiàn)，所以藥物設(shè)計(jì)從出現(xiàn)開始的偶然盲目，向有目標(biāo)的科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方向發(fā)展。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，人們對(duì)藥物設(shè)計(jì)有了更新、更深入的認(rèn)識(shí)，藥物設(shè)計(jì)不再是簡(jiǎn)單的對(duì)先導(dǎo)化合物的設(shè)計(jì)了，藥物設(shè)計(jì)是一個(gè)逐步的過程，是一個(gè)集合各種方法設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)理想藥物的過程。

隨著醫(yī)藥大數(shù)據(jù)的發(fā)展，各類組學(xué)技術(shù)產(chǎn)生，我們發(fā)現(xiàn)，醫(yī)藥大數(shù)據(jù)貫穿藥物研發(fā)的整個(gè)過程中，傳統(tǒng)的藥物研發(fā)過程主要包括藥物發(fā)現(xiàn)，臨床前研究，臨床研究，藥物上市。而隨著大量藥物應(yīng)用的大數(shù)據(jù)產(chǎn)生，也為上市藥物的二次開發(fā)提供了新思路^[2]，因此，大數(shù)據(jù)藥物設(shè)計(jì)的教學(xué)理論內(nèi)容主要是講授大數(shù)據(jù)在藥物研發(fā)各個(gè)環(huán)節(jié)中的具體應(yīng)用，主要包括融合多組學(xué)的藥靶識(shí)別，大數(shù)據(jù)與藥物分子機(jī)理、大數(shù)據(jù)與藥物應(yīng)答標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)、大數(shù)據(jù)與藥物毒理、大數(shù)據(jù)與精準(zhǔn)治療。

2.課程數(shù)據(jù)來源

大數(shù)據(jù)獲取是大數(shù)據(jù)藥物設(shè)計(jì)學(xué)的關(guān)鍵內(nèi)容，本課程所需的數(shù)據(jù)主要是疾病組學(xué)數(shù)據(jù)，藥物組學(xué)數(shù)據(jù)，以及生物分子網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)數(shù)據(jù)。疾病組學(xué)數(shù)據(jù)主要是疾病相關(guān)的基因組學(xué)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)，蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)，代謝組學(xué)數(shù)據(jù)，疾病組學(xué)數(shù)據(jù)主要來源是GEO數(shù)據(jù)庫(kù)、TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)。藥物組學(xué)數(shù)據(jù)主要來源于cMAP數(shù)據(jù)庫(kù)，Cellminer數(shù)據(jù)庫(kù)等等。生物分子網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)數(shù)據(jù)主要包括生物學(xué)信號(hào)通路數(shù)據(jù)庫(kù)（KEGG），人類蛋白質(zhì)互作數(shù)據(jù)庫(kù)（HPRD）以及功能注釋相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)（GO）。

二、教學(xué)方法改進(jìn)

大數(shù)據(jù)藥物設(shè)計(jì)學(xué)作為新興交叉學(xué)科，同時(shí)該課程具有一定的前沿性，開放性和創(chuàng)新性。需要學(xué)生既要具備生物信息學(xué)相關(guān)專業(yè)知識(shí)，又要具備藥學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)理論，因此適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法有助于教學(xué)效果的提升，本文主要探討案例式教學(xué)和探討式教學(xué)。

1.案例式教學(xué)

案例教學(xué)起源于"哈佛大學(xué)"的情景案例教學(xué)課，目前也是公認(rèn)的最有效的教學(xué)方式之一。在本課程的教學(xué)中，案例式教學(xué)是主要的教學(xué)方法之一。在講授藥物設(shè)計(jì)學(xué)的相關(guān)基礎(chǔ)理論的時(shí)候，為了讓學(xué)生更好地理解藥物設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容，我們選取我國(guó)自主研發(fā)的藥物青蒿素和三氧化二砷的發(fā)現(xiàn)為例，通過講述青蒿素和三氧化二砷的研發(fā)歷程，讓學(xué)生充分理解藥物開發(fā)的每一個(gè)階段，以及每個(gè)階段面臨的問題，每個(gè)階段的不足。然后給學(xué)生講述，大數(shù)據(jù)時(shí)代下，藥物研發(fā)的途徑。通過對(duì)比大數(shù)據(jù)參與藥物設(shè)計(jì)前后的優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)調(diào)本課程的實(shí)用性。讓學(xué)生充分領(lǐng)會(huì)本課程的教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)，對(duì)所學(xué)課程感興趣。

2.探討式教學(xué)

由于大數(shù)據(jù)藥物設(shè)計(jì)課程的前沿性，老師在教學(xué)過程中，在給學(xué)生講授相關(guān)李理論后，給予學(xué)生一些示例和問題，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)、思考、討論、聽講等途徑去主動(dòng)探究。從而提高學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力。我們?cè)跊]講授完成一個(gè)理論點(diǎn)后，都會(huì)給學(xué)生一些相關(guān)數(shù)據(jù)。和學(xué)生一起互動(dòng)探討，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)該所學(xué)理論知識(shí)去進(jìn)行相關(guān)的藥物設(shè)計(jì)。讓學(xué)生更全面深入的了解所學(xué)內(nèi)容。

大數(shù)據(jù)藥物設(shè)計(jì)學(xué)是一個(gè)助力藥物研發(fā)，應(yīng)用方法的新興交叉學(xué)科，我們對(duì)新課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行了探討和研究，有利于提升本課程的實(shí)用性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，加速創(chuàng)新型新藥研發(fā)人才的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]李煒，葉德泳，仇綴百等.基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的藥物設(shè)計(jì)學(xué)課程建設(shè)[J].藥學(xué)教育，2011，27（1）：24-27.

[2]李霞主編.生物信息學(xué)[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2010：13-25.