生物信息学理念在妇科肿瘤学研究生教育中的实践及影响

陈昌贤 李力

[摘要] 传统的妇科肿瘤学研究生教育重视的是单一学科的知识传授，教育理念陈旧，教学内容繁杂，传授方法老套，难以培养出符合现代医学要求的具有交叉学科思维的创新型研究生。生物信息学不仅仅是一门交叉学科，更是一种思维方式和教育理念的体现。在妇科肿瘤学研究生教育中引入生物信息学知识和理念，不仅对传统医学教育模式产生冲击，还能培养研究生从多角度思考问题的能力，从而产生独特的研究方法和形成创新性思维，更能培养研究生从不同的专业角度发现问题、分析问题和解决问题的能力。

[关键词] 妇科肿瘤学;研究生教育;生物信息学;交叉学科;现代医学

[中图分类号] G642          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2020）09（a）-0069-04

[Abstract] The traditional postgraduate education of gynecological oncology focuses on the pure knowledge impartation of a single subject， with outdated educational concepts， complicated teaching contents and old teaching methods， thus it is difficult to cultivate innovative postgraduate students with interdisciplinary thinking that meet the requirements of modern medicine. Bioinformatics is not only an interdisciplinary subject， but also an embodiment of thinking mode and educational philosophy. Introducing bioinformatics knowledge and concepts into postgraduate education of gynecological oncology can not only impact the traditional medical education model， but also cultivate the ability of postgraduates to think from multiple perspectives， thus produces unique research methods and innovative thinking， and cultivate postgraduates′ ability to find problems， analyze problems and solve problems from different professional perspectives.

[Key words] Gynecological oncology; Postgraduate education; Bioinformatics; Interdisciplinary; Modern medicine

傳统的妇科肿瘤学研究生教育重视的是单一学科的知识传授，忽略了学科之间的交叉影响，教育理念陈旧，教学内容繁杂，传授方法老套，学生们在接收和学习知识的过程中往往处于被动的位置，难以突破传统思维的桎梏，这点显然不符合现代医学复合型人才的教育要求。妇科肿瘤学是大数据背景下知识更新迅速的学科之一，迫切需要全新的研究生教育理念进行知识的传授。生物信息学理念刚好为这一过程搭建桥梁。

生物信息学是20世纪90年代逐渐兴起的一门交叉学科，它以生物作为主要研究对象，借助计算机技术、信息科学技术、分子生物学技术和应用数学等手段，对大量复杂的生物数据进行处理、存储、分析和阐述，旨在深入挖掘和揭示潜在的生物学意义。随着精准医疗时代的到来，生物信息学的作用日益凸显，它已经渗透到生命科学研究领域的各个方面，并成为了最有活力的前沿领域之一[1]。当前，国内不少高等医学院校陆续开设生物信息学这门课程。对于医学研究生而言，生物信息学不仅仅是一门课程，它还教会了学生从海量生物数据中挖掘有意义的生物信息，因此，从某种意义而言，它更是一种思维方式的体现。广西医科大学附属肿瘤医院（以下简称“我院”）妇科从1985年开始招收研究生，在学校开设生物信息学课程之初，即重视研究生生物信息学思维的培养，并且使他们学会将这种思维方式更好地应用于妇科肿瘤学研究领域，为社会输送一批又一批具有生物信息学理念的现代医师。

1 将生物信息学核心理念应用于妇科肿瘤学研究生的教学实践

生物信息学的核心理念是海量数据的管理和挖掘，注重学生自主学习能力的培养，而自主学习是一种新型教学理念，同时也是高等院校教学改革的主要方向之一[2]。生物信息学除了能教会学生使用大量的相关数据库和在线分析工具进行科学研究以外，还能教会他们掌握主动学习的方法和途径，学会利用现有的数据库和在线分析工具进行深度挖掘，旨在帮助他们解决临床实践过程针对疑难病症的诊疗问题，最终服务患者[3]。在妇科肿瘤学研究生教学实践中引入生物信息学理念有如下几个方面的具体表现：

1.1 建立生物信息学的概念和意识

在妇科肿瘤学领域培养出具有生物信息学知识背景的研究生，这种跨学科创新型研究生培养模式，突破了传统的单一学科研究生培养模式的桎梏，顺应了新时代研究生教育的发展潮流。在日常研究生培养中，我院着重帮助学生建立起生物信息学的意识和思维方式。首先，在课程设置方面，我院动员妇科肿瘤学研究生自觉将生物信息学这门课程列为其研究生生涯的必修课程。通过课程的学习，学生将意识到，生物信息学是一门由生命科学和计算机科学交叉形成的新兴学科，先后经历了前基因组时代、基因组时代和后基因组时代三个阶段，涵盖了生物信息的获取、处理、存储、传播、分析和阐述等方面[4]。其次，我院定期组织学生进行小组学习，通过线上线下混合式教学手段引导学生对生物信息学的深度学习。同时，我院也重视妇科肿瘤学教师自身的生物信息学通识教育，不定期邀请生物信息学教研室教师答疑解惑。最后，我院引导学生将生物信息学知识应用到研究生课题研究中，进一步加深学生对生物信息学和妇科肿瘤学知识的理解。

1.2 学会使用生物医学数据库和在线分析工具

生物信息学发展至今，产生许多生物医学数据库和在线分析工具，如基因表达（gene expression omnibus，GEO）数据库、蛋白质相互作用数据库、微小RNA（microRNAs，miRNA）靶标数据库、癌症基因组图谱（the cancer genome atlas，TCGA）数据库和用于注释、可视化和集成发现（the database for annotation，visualization and integrated discovery，DAVID）的数据库等常用数据库和GEO2R在线工具、GeneMANIA在线工具和医学本体信息检索（Coremine Medical）平台等常用在线分析平台[5]。对于妇科肿瘤学研究生而言，无论是专业型研究生还是学术型研究生，掌握生物信息学知识并不在于如何进行复杂算法的开发、原始数据的处理或数据库的构建，而是如何使用这些数据库和在线工具进行数据挖掘和分析，并用于指导科学研究和临床实践。在妇科肿瘤学研究生教学实践中，我院着重强调“以实践为中心”。比如，Wei等[6]在其研究生课题中巧妙应用了GEO数据库中的3个独立基因芯片数据（GSE25191、GSE28799和GSE33874），进行基因差异表达分析和基因通路富集分析，并通过实时定量聚合酶链反应和TCGA数据库验证，发现整合素α6亚单位（integrin α6 subunit，ITGA6）是卵巢癌肿瘤干细胞核心基因，该基因的高表达与卵巢癌化疗的耐药和预后差密切相关。研究生唯有亲身实践，将理论知识融入实践中，才有可能熟练掌握这些生物医学数据库和在线分析软件的使用方法和数理基础。

1.3 将数据挖掘理念融入科学研究和临床实践中

在生物医学大数据时代背景下，生物医学研究正发生着重大变革，从基因组学、蛋白质组学、代谢组学、转录组学和表观遗传学等多学科研究到基于海量临床信息数据的真实世界研究，它们所产生的大量高维复杂的研究数据互相交汇，共同构成生物医学大数据[7]。对研究生而言，如何将多层次临床和研究数据进行深度挖掘和有机整合，从而转化为新知识，既是机遇，又是挑战。在妇科肿瘤学研究生教育中，我院将数据挖掘理念渗透到各个教学环节中，旨在让研究生掌握主动学习的方法和途径，培养其创新思维，为今后的科学研究和临床实践打下扎实的基础。在科学研究方面，尤其是在课题选题和设计阶段，组织学生利用互联网查找学科领域的前沿问题或热点问题，对自己感兴趣的方向各自提出一个具体的科学假设。然后通过查找文献和充分利用数据库进行深入的数据挖掘，构建生物信息学分析网络来回答具体科学问题。最后，组织学生进行分子实验或利用临床资料来验证科学假设。在临床实践方面，引导学生将临床上遇到的問题转化成具体的科学问题，然后应用简单的临床生物信息学方法对具体的科学问题进行浅层次的数据挖掘，从而充分地为后续临床研究做好准备。这种将数据挖掘理念融入科学研究和临床实践的教学方法，充分锻炼了研究生的科研和临床思维。比如，吴文娟等[8]进行卵巢上皮性癌铂类耐药相关差异表达蛋白质筛选时，结合了生物信息学方法分析，筛选出62个铂类耐药相关的差异表达蛋白质，然后通过正选择分析时发现，蛋白C6、CNTN1在亚洲人群中均存在正选择作用（P < 0.05），而蛋白BCHE在欧洲人群中存在正选择作用（P < 0.05），基于Coremine Medical平台的文献挖掘及TCGA数据库中的芯片数据交集分析进一步印证，12个差异蛋白（CRP、FN1、S100A9、TF、ALB、VWF、APOC2、APOE、CD44、F2、GPX3和ACTB）与卵巢癌铂类耐药相关。Wei等[9]在探讨卵巢癌多药耐药的分子研究中，充分利用Coremine Medical平台进行文献数据挖掘，并结合分子生物学实验发现，ITGA6可能在卵巢癌细胞中起到调节基因的作用，参与卵巢癌的多药耐药过程。蒋燕明等[10]在回答与宫颈上皮内瘤变进展相关的差异基因和信号通路这一问题上，通过对GEO数据库中获得的2套芯片数据（GSE63514和GSE51993）进行深入挖掘和综合的生物信息学分析，筛选出与宫颈上皮内瘤变进展相关的14个差异表达基因和3条信号通路。

2 生物信息学理念对妇科肿瘤学研究生教育的影响

传统医学与互联网、大数据、人工智能等技术的深度融合催生了新医科这一全新的现代医学形态[11]，它借助了计算机科学和人工智能的爆发式发展，实质上也是多学科交叉融合的产物。这种顺应时代发展的产物，颠覆了传统医学模式，深深地影响了医学教育领域。在新医科背景下，高等医学教育更应该注重教育理念和培养模式的改革，满足“健康中国”的战略需求，培养出能够运用学科交叉知识来解决医学领域前沿问题并引领未来医学发展的高层次医学领军人才[11]。研究生教育是我国教育体系中最高层次的教育，以培养拔尖创新人才作为主要任务和核心内容，建立以教学为基础、以科研为主导、临床和科研相结合的研究生培养模式，这是培养拔尖创新人才的根本方法[12]。在妇科肿瘤学研究生教育中引入生物信息学理念，恰好符合了新医科背景下研究生拔尖创新人才培养模式，将对妇科肿瘤学研究生教育改革产生深远影响。

2.1 对传统医学教育模式的冲击

传统医学教育模式重视学科教育的系统性，强调以学科为中心，忽视了学科间知识的渗透和交流，显然不符合现代医学教育的宗旨[13]。在传统医学教育模式下，学科的课程体系教学依旧采用灌输理念，这种填鸭式的知识传授过程容易磨灭学生主动探索知识的求知欲。在大数据时代，高等教育改革重点围绕学生创新能力的培养展开，并积极引入现代化教育理念，强调以学生为中心、以实践为主进行教学内容的更新[14-15]。最近十年，在《教育信息化“十三五”规划》和《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》等文件的引领下，国内教育信息化得到了迅猛的发展，包括大数据、云计算和人工智能等现代化信息技术已经进入现代教育系统，在这一历史背景下，国家相继出台《中国教育现代化2035》和《教育信息化2.0行动计划》等政策文件，为我国教育信息化建设道路指明了方向[16]。

作为一门交叉学科，生物信息学知识和理念早已渗透到各个医学学科领域，并衍生出多个分支学科。临床生物信息学是其中一个分支学科，也是一座搭建在基础研究和临床诊疗之间的桥梁，更是解决临床肿瘤相关诊治因素的新手段。因此，在精准医学时代，很有必要引入肿瘤生物信息学特异性研究方法或全新高级的研究工具，来回答与肿瘤相关的关键问题[17]，对于肿瘤学的研究生教育亦是如此。妇科肿瘤学研究生教育不应该局限于讲授单一学科的知识、基础研究和临床实践，引入生物信息学理念，不仅对传统医学教育模式产生冲击，还能培养研究生从多角度思考问题的能力，从而产生独特的研究方法和形成创新性思维，更能培养研究生从不同的专业角度发现问题、分析问题和解决问题的能力[18]。

2.2 提高教师教学理论素养和教学反思自觉性

在教学医院，临床医师不但要从事临床诊疗工作，还要承担科研工作和教学任务。他们的日常临床工作繁重枯燥，科研方法往往单调乏味，教学理念陈旧乏新。医学教师作为医学教育的实践者，只有在先进教育理念的引领下，才有可能真正做到以学生为中心，使学生受益，从而提高人才培养的质量[19]。因此，医学教师应该以更加开阔的视野主动投入到各类前沿的教学改革与研究中，重视有助于医学生自主学习的教学手段开发和应用。临床医师学习先进的生物信息学知识和理念，并将之应用于临床和教学实践中，有助于他们对实践中出现的难以解决的医学问题进行合理解释，同时满足现代医学研究和教育的发展需求，为提高自身教学理论素养和教学反思的自觉性提供了新途径。

2.3 拓宽研究生知识的深度和广度

妇科肿瘤学是一门特殊的学科，不同于传统意义的妇产科学，从某种程度上来说，也是一门妇产科学和肿瘤学的交叉学科，因而，更适合采用生物信息学教育理念。妇科肿瘤学主要研究女性生殖系统肿瘤，目前积累了大量基础研究和临床研究数据，同时也产生了许多学科前沿问题。研究生在基础理论知识学习的同时，眼界不应仅限于病房的临床实践，更应该放眼于学科研究前沿技术的发展，敢于批判反思，大胆假设和小心求证，并且提出临床新观念[11]。生物信息学刚好为研究生自主学习搭建了这样一座桥梁。我院妇科教研室非常重视研究生科研创新思维的培养，并充分利用生物信息学服务性和多样性的特点，将生物信息学与妇科肿瘤学进行知识的深度融合。妇科肿瘤学研究生在进行跨学科生物信息学知识和技能培训的同时，有望避免学科知识结构单一的缺点，还能打破学科专业之间的界限，从而拓宽知识的深度和广度。

3 结语

在妇科肿瘤学研究生教育中引入生物信息学的思维方式，实质上是一种教育理念的创新。国务院印发的《中国教育现代化2035》文件特别指出：在高校建设国际一流的国家科技创新基地，全面提升高校原始创新能力，加强应用基础研究，探索构建产学研用深度融合协同创新联盟[20]。我院妇科非常重视培养研究生的临床和科研思维，强调研究生在临床实践和科研研究中学会使用相应的数据库和在线工具进行数据挖掘和分析，至今已发表生物信息学相关学术论文近二十篇。这种将生物信息学理念更好地融入妇产科学尤其是妇科肿瘤学的教学实践的做法，促使妇产科学研究生教育改革，显然符合新医科背景下《中国教育现代化2035》这一核心要求。当前，我院妇科培养的部分研究生已经毕业并走向工作岗位，成为具备生物信息学理念的现代医师。生物信息学理念的引入，不仅对传统医学教育模式产生了冲击，而且满足了现代医学研究生教育和医学拔尖人才的培养要求，为培养新医科背景下妇科肿瘤学现代医师提供了新的途径。

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（收稿日期：2019-12-04）