生物制药专业开设“药物基因组学”课程的必要性探讨*

刘 静，汪维云

(安徽农业大学 生命科学学院，安徽 合肥 230036)

药理学(Pharmacology)是研究药物与机体间相互作用规律及其药物作用机制的一门科学，是医药院校重要的基础学科，在指导临床合理用药和新药研发中发挥重要作用。基因组学(Genomics)是跟随上世纪90年代“人类基因组计划”发展而来的生命科学领域的前沿学科。随着科学理论和技术的不断发展进步，基因组学衍生出一系列的研究分支，例如转录组学、代谢组学、蛋白质组学等。药物基因组学(Pharmacogenomics)则是在药理学和基因组学不断发展的基础上产生的一门新兴交叉学科，主要任务是研究基因组学在药物使用和研发过程中所发挥的作用。药物基因组学综合运用多个学科的理论和方法，对药物使用和研发过程中伴随产生的大量基因组信息进行整理和分析，为合理药物设计和个性化给药提供理论基础。因此未来它在推动生物科学发展和服务“精准医学”方面将具有不可估量的作用。但目前大多数生物制药专业本科生的培养方案中没有“药物基因组学”的课程。本文就生物制药专业本科生开设“药物基因组学”课程的必要性进行初步探讨。

一、“药物基因组学”课程的主要内容

目前，国内出版的“药物基因组学”相关的书籍，大概统计有6套，分别为：2006年人民卫生出版社出版发行的《药物基因组学》、2008年化学工业出版社出版发行的《临床药物基因组学》、2010年科学出版社出版发行的《心血管系统疾病和药物基因组学》、2013年浙江大学出版社出版发行的《药物基因组学：在患者医疗中的应用》、2016年人民卫生出版社出版发行的《药物基因组学与个体化治疗用药决策》和2018年科学出版社出版发行的《药物基因组学理论与应用》。和其他学科相比，“药物基因组学”的专业书籍数量太少。通过反复探讨篇章安排和编写内容，前5套书籍在章节和内容的布局上并不完善，而2018年科学出版社出版的《药物基因组学理论与应用》这本书的篇章安排和编写内容在广泛性和难易程度上，主要以药学、生物学和医学本科生的接受程度作为依据，因此我们认为这本书更加适合用作本科生教学的教材[1-2]。

《药物基因组学理论与应用》整体篇章安排中，全书分为药物基因组学的理论和药物基因组学与临床应用两篇共12章。第一篇是“总论—药物基因组学基础理论与技术”，在讲解基因组学相关内容的基础上，全面阐述了药物基因组学的核心理论(具体包括第一章概论、第二章基因组多态性遗传学基础及多态性标记、第三章药物基因组学基本研究方法、第四章药物代谢酶及其遗传变异、第五章药物转运体及其遗传变异、第六章药物作用靶点及其遗传变异)。第二篇是“各论—疾病药物基因组学及应用”，重点介绍药物基因组学在临床主要疾病中的应用，主要疾病包括心血管疾病、肿瘤、自身免疫性疾病、糖尿病、中枢系统疾病，每章内容包括药物基因组学在疾病病因和疾病治疗两个方面的应用(具体包括第七章心血管系统疾病的药物基因组学、第八章肿瘤的药物基因组学、第九章自身免疫性疾病与器官移植的药物基因组学、第十章II型糖尿病的药物基因组学、第十一章中枢神经疾病的药物基因组学、第十二章药物基因组学与药物研发)。

由于“药物基因组学”是一门新型交叉学科，是后基因组计划中发展速度最快的一门学科。该门学科包含的具体内容也将随着生命科学的发展不断地扩充与更新。

二、生物制药专业学生学习“药物基因组学”的必要性

进入21世纪以来，随着生物制药技术在制药业和医疗业的大踏步发展，目前世界各国都把生物制药确定为科技发展的关键技术和新兴产业，因此生物制药专业必定成为未来最具前景的专业之一。目前国内已有80所以上高校开设了生物制药的本科专业，其中包括985大学4所：华中科技大学、华南理工大学、吉林大学和武汉大学。生物制药专业的主要课程来源于生物学和药学这两大主干学科，具体包括有机化学、生物化学、药用植物学、微生物学、细胞生物学、分子生物学、化工原理、生物制药设备、发酵工程原理、生物制药工艺学、生物技术制药、药理学、药剂学、生物药物分析等。专业特色在于将生物学基础理论与制药技术相结合，在完成相关基础课程的前提下，侧重生物药物生产工艺及产业化技术的开发，培养具备扎实的生物学和药学基础理论、基本知识，熟练掌握现代生物技术和制药技术的基本操作技能，了解生物技术制药企业生产和销售环节的流程，能够胜任现代生物技术实验室和生物技术制药企业岗位基本要求，从事生物药物研制、生产与工艺设计、技术创新、质量控制和生产管理以及从事生物医药所涉及的保键品、医药相关产品的生产与应用的复合型人才。

然而，经过调查上述高校生物制药专业的专业培养方案后，我们发现目前这些高校生物制药专业的课程设置中绝大多数没有药物基因组学的相关课程，而只有为数不多的药学专业开设了药物基因组学课程，例如哈尔滨医科大学和第四军医大学等[3-5]。

一般说来，生物制药专业的学生毕业后会进入制药和医疗相关的企业和医院等单位参加工作，或者考研进入高等院校生物制药等相关专业继续深造。如果从就业方向考虑，我们就会发现本科阶段开设药物基因组学的课程是十分必要的[6-7]，例如，在对糖皮质激素治疗哮喘的药物基因组学研究中，首先通过无假设的全基因组关联研究(genome-wide association studies, GWAS)对数百万个单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphism, SNP)进行基因分型，以确定某些特定基因与哮喘病的关系强度；其次利用候选基因研究法，探讨已知与目标基因内的遗传变异与哮喘病基因型之间的关系；最后结合高通量的分子谱分析特征与遗传变异的多组学数据分析结果，重复验证某基因位点对糖皮质激素药物疗效的影响。通过这样的药物基因组学分析得出的大数据，可与给药的药物代谢、治疗效果以及不良反应进行关联，分析出更加有效的临床给药方案。如果从继续求学的角度考虑，我们发现本科阶段开设药物基因组学的课程同样十分必要，一方面，通过本科阶段对药物基因组学课程的学习，能够激发学生对于科学与应用的兴趣，从而助力他们考研成功；另一方面，研究生阶段的学习是更加专业领域的学习，而开展科学研究的前提是必须具备相应的理论基础知识。药物基因组学课程融合了药理学、遗传学和基因组的专业基础知识，能够为进入药学和生物学相关研究生专业的研究生提供开展科学研究的基础和理论知识储备。

随着基因组时代的来临，新药研发、临床用药和疾病预防等过程会越来越重视药物基因组学提供的信息和分析数据。因此，生物和药学类高等教育院校将“药物基因组学”这样前沿创新的科学知识作为课程传授给学生是十分有益和必须的。在这样的背景下，生物制药专业开设“药物基因组学”课程，即能够让学生加强巩固在分子水平对药学课程的理解，又能够及时把握生物学的前沿进展，开阔眼界，为创新型人才培养奠定基础。

三、“药物基因组学”课堂教学的设想

以安徽农业大学生物制药专业为例，2017年培养方案中已经开设的专业选修课有：生物制药工艺学、生物技术制药、生物药物分析、中药药理学、工程制图、蛋白质与酶工程、天然药物化学、中药鉴定学、中药炮制学、药事管理学新药研究与开发专题讲座、生物信息学、免疫学和医药市场营销等相关课程。因此我们认为生物制药专业本科生可以将“药物基因组学”课程作为专业选修课进行选修，课时和学分可安排为24个课时和1.5个学分，教学形式以多媒体授课为主，课程考核方式为闭卷笔试。

“药物基因组学”课程开设前，需要明确该课程在教学上难点以及采取的对应策略[8-9]。药物基因组学是一门专业性很强的交叉课程，需要学生在学习前已经同时具备药理学和基因组学课程的专业基础知识，内容稍显枯燥和深奥。特别是针对第四章药物代谢酶及其遗传变异、第五章药物转运体及其遗传变异和第六章药物作用靶点及其遗传变异的章节内容，更是要求学生已经掌握药理学、遗传学和基因组的基础知识。例如，在讲解第三章药物基因组学的基本研究方法，如果直接介绍单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)的检测技术主要有核酸扩增技术、基于核酸杂交的SNP检测技术和新一代核酸测序技术等，这样的讲解方法会使学生听起来深奥且枯燥，难以记忆深刻。如果能够在每个技术介绍时以一个生动的例子来引入概念，什么项目采用什么技术尽心检测，这样激起学生的兴趣，并且帮助加深概念的理解，才能实现较好的教学效果，而教学重点也从讲授技术本身转变为以问题为导向的技术应用。例如，在讲解第四章中药物代谢酶的概念时，如果仅仅告诉学生“药物代谢过程由一系列酶促反应来完成，参与的酶有两大类：微粒体酶和非微粒体酶”，是不足以达到教学效果，学生需要先明确什么是药物代谢(drug metabolism)，药物代谢动力学(pharmacokinetics)，药物效应动力学(pharmacodynamics)等相关的基础知识，如果这些基础知识掌握不牢固，理解药物代谢酶的内容就颇显困难。

在实际课程教学过程中，我们认为授课教师应该做到以下几点：第一，该课程作为一门前沿性进展性课程，要求学生了解的内容较多，授课教师必须明确突出各章的教学重点、难点和考核点，便于学生抓住教学内容；第二，该课程内容是典型的交叉性学科知识，需要将不同学科知识衔接起来，授课教师可灵活采用图片、动画、视频等方式，帮助学生对知识点的理解消化；第三，教学方法可采用启发式和互动式教学，授课教师一方面应重视启发学生对课程内容的兴趣，鼓励学生提出问题和发表意见；另一方面授课教师还需重视学生对知识的理解和拓展，鼓励学生积极收集和了解最新的前沿话题，组织讨论与评价，让学生在自由活跃的课堂气氛中吸收消化各个知识点。

四、结语

“药物基因组学”是药学类和生物学类学科的前沿性代表，是基因组学衍生出来的最具应用价值的学科之一，是实现未来“精准医学”和“个性化给药”的奠基石。因此，“药物基因组学”课程的开设，是新时代生物制药专业学生把握学科前沿和行业动态的重要手段，亦是药学和生物学高等教育院校培养专业型创新人才的重要途经。讲授好“药物基因组学”课程，使学生得到切实的利益，取得良好的教学效果，是授课教师的责任所在，通过不断跟踪领域的最新进展，补充和更新教学内容，不断革新教学手段和教学方法，最终把“药物基因组学”课程真正建设成为一门启发学生创新思维和开拓学生专业视野的选修课程。