基于新冠疫情的研究生免疫学教学改革创新

李涛 汪萍萍 张霞 张冉 李贤慧

1湖南师范大学医学院 检验系,长沙 410013;2武警医学院 卫生勤务系,天津300309

2020年新型冠状病毒(SARS-Co V-2)感染的肺炎蔓延全球,对全球多个国家的社会、经济、政治方面造成了重大影响,是全球的一次重大突发公共卫生事件。新冠病毒主要经由飞沫和密切接触传播,传播速度快,发病率高,防控难度大,有较高的重症率和死亡率[1]。此次疫情对今后的疾病预防控制和科学研究工作提出了更高更严的要求。同时,疫情也是对医学教育的新挑战,需要医学教育工作者思考如何顺应时代需求,推动研究生教育的发展提升。

免疫学是重要的医学基础课程,免疫学理论、方法和技术广泛应用于包括新冠疫情在内的疾病病理研究、预防、诊断和治疗。在研究生高级免疫学的教学改革中,应融入新冠病毒研究的相关成果,鼓励创新和交叉学科研究,精准定位研究生培养目标,改进教学内容、方式方法,提升教学品质。

1 精准定位研究生培养目标

传统上,研究生的免疫学教学可以区分为细胞与分子免疫、抗感染免疫、肿瘤免疫、移植免疫、自身免疫病、免疫学方法技术等不同方向。但是,新冠疫情骤然放大了国家在病毒检测、卫生防疫、疫苗接种和免疫治疗方面的迫切需求,急需一批具有实际工作能力的业务骨干,服务于临床、预防、检验及生物制品研发生产等工作。新形势下,研究生的培养需要在服务国家需求和鼓励科研创新两个维度进行精准定位。

在服务国家需求这个维度,其主要目标是培养具备实际业务能力的技术人员,掌握基本理论和常规技术,具备常规仪器操作和数据分析能力。研究生教学中需要强化实验和实践教学,更加侧重基础和应用。就应对新冠疫情而言,针对病毒核酸、抗原和抗体的检测方法,以及血液淋巴细胞分类计数和功能的检测方法,就是教学强化的重中之重。

在鼓励科研创新这个维度,其主要目标是培养具有冒险和创新精神、乐于从事探索未知的科研人员。在这个维度,研究生需要了解科技发展前沿,找到自己的研究兴趣点,掌握必要的科学实验设计和实施技能。在研究生教学中,需要介绍学术前沿和必要的学科交叉知识,如基因编辑、细胞自噬等。值得注意的是,在新冠病毒的相关研究中,有很多前沿性研究及突破性成果,很好地彰显了科研创新的重要意义。例如,新冠病毒核酸检测通常采用实时荧光定量PCR 法,但是全世界科研人员开发了环介导等温扩增、重组酶聚合酶扩增、基于Cas酶的检测技术、SHERLOCK 等不同的核酸检测技术,各具特色[2-3]。

2 将疫情研究和防疫知识融入教学

在研究生高级免疫学中,可以选讲部分新冠病毒的研究成果和防疫知识。

首先,是某些科学问题具有共性。例如多种病毒病程监测需要采用实时荧光定量PCR 技术,可以新冠病毒为例来进行讲授,讲解基本原理,区分嵌入荧光染料法和Taqman探针法,阐释如何选择扩增区域,如何设计引物,如何操作,如何分析数据。此外,可进一步与研究生进行分组讨论,分析在新冠病毒核酸检测中出现的实际问题,比如为何新冠病毒核酸检测的阳性样本检出率仅有30%～50%,患者样本的选择(鼻拭子、咽拭子、痰液和支气管肺泡灌洗液),患者粪便标本病原核酸检测转为阴性时间远晚于呼吸道样本核酸检测的临床意义,新冠病毒变异的影响和应对策略[2]。

其次,新冠病毒感染有其特征,对特色性科学问题进行研究具有重要的科学意义。例如新冠病毒与SARS病毒均利用血管紧张素转化酶2(ACE2)受体入侵人体细胞,新冠病毒能在呼吸道和消化道上皮增殖,在粪便组织中能检测到活的病毒颗粒。因此,研发小分子抑制剂和中和抗体,就能阻断新冠病毒S蛋白与ACE2的识别、黏附[4]。重度新冠感染患者中,CD4+T、CD8+T、B和NK 细胞等淋巴细胞的数量都大大减少,细胞毒性淋巴细胞功能失能性受体NKG2A 表达增加,这其中的原因也值得探究[5-6]。新冠病毒如何造成嗅觉功能暂时丧失,这也是一个值得探讨的科学问题。

第三,新冠疫情搅动全球科研界,在饱和式科研攻关下,产生了一大批高效、高品质的研究成果。围绕新冠病毒相关的标志性成果,在研究生教学中有选择性地推介、讲解、组织讨论,有利于开拓研究生的科研视野,了解前沿。例如2003年,在确定非典型肺炎的病原体上颇费周折,早期曾经误判为衣原体,直到香港大学的科学家从患者体内发现病毒,确定为一种新的冠状病毒,命名为SARS。对比而言,2020年1月2日,中国科学院武汉病毒研究所首先确定了新冠病毒全基因序列,1月11日将病毒序列提交WHO。2020年2月3日,复旦大学张永振教授在Nature发表文章(1月7日投稿),向全世界公布病毒序列,其主要原理为:从一名41岁男性患者的200μL肺泡灌洗液中提取总RNA,使用illumina MiniSeq进行深度宏转录组测序,由此确定病毒基因组序列,并进行系统进化分析,发现其与蝙蝠SARS样冠状病毒基因组相似度达89.1%[7]。此次在早期确定病原体的准确快捷方面,得力于科技进步,得力于二代测序。由此可以发现,新技术、新方法、新手段是推动科研快速发展,推动临床诊断技术革命的强大推手。

第四,新冠研究集中展示了现代免疫学的先进技术手段和研究策略。例如,可采用细胞因子芯片寻找细胞因子风暴的关键成分,通过单个B细胞抗体制备技术快速获得人源化单克隆抗体,质谱流式用于对外周血细胞的快速多维识别与定量分析。目前有多种在研的COVID-19 疫苗,如灭活疫苗、减毒活疫苗、病毒载体疫苗(复制型和非复制型)、病毒样颗粒疫苗、亚单位疫苗、m RNA 疫苗。值得注意的是,m RNA 疫苗受到了科研人员和资本领域的热捧。m RNA 疫苗成本低、生产效率高,且能同时诱导细胞免疫与体液免疫。m RNA 疫苗可以同时激活T 细胞和B 细胞,这是传统疫苗难以实现的,这一特点预示着m RNA 疫苗在肿瘤免疫中有广阔的应用前景,值得长期关注和跟踪[8]。

第五,新冠研究中有丰富的学科交叉。例如,病毒核酸测序研究,除有利于进行溯源、病毒传播和突变等病毒学研究,也利于寻找病毒保守序列和蛋白结构域,用于靶向药物研发和疫苗开发。新冠病毒不能感染小鼠细胞,人类肿瘤细胞缺乏正常细胞的表型和功能特征,如何建立新冠病毒感染、致病、免疫应答及药物筛选模型呢? 采用诱导性多能干细胞(iPS)进行定向分化,可以得到正常的人体成体细胞,如呼吸道上皮细胞、肠道上皮细胞、T 细胞等等。将iPS细胞在体外进行3D 培养,从而形成相应器官的微型组织,能够高度模拟特定组织的生理结构和功能特点。因此,可以很好地填补体外细胞系和体内动物模型研究之间的鸿沟。类器官已在新冠病毒研究中大显身手,多个科研团队借助类器官深入分析了新冠病毒对肺和结肠组织的伤害,并进行了药物筛选[9]。

第六,结合检验医学、临床医学和预防医学,推动免疫学在抗疫一线的应用。在教学中需要对临床免疫检验、诊断、研究中的常用技术进行重点学习,掌握免疫检验的基本原理和常规技术。同时,医学研究生也需要涉猎一些临床和预防医学领域的基础知识,以便开展实际工作。

3 改进教学方式方法

首先,应该强化实验平台和基地建设,强化实验技能训练。基本的实验技能训练项目应该包括,病毒核酸检测、酶联免疫吸附试验(ELISA)、免疫胶体金层析技术、凝集反应、沉淀反应、免疫比浊法、放射免疫技术、荧光免疫技术等各种免疫学检验技术,也包括细胞免疫功能检查,如淋巴细胞转化试验、巨噬细胞分离、酶联免疫斑点(ELISPOT)技术、流式细胞仪检测T 细胞亚群等。进一步的需要锻炼研究生进行综合实验的能力,利用免疫、微生物、生化、分子生物学、细胞生物学、遗传学、流行病学等技术方法来设计实验。

其次,可以与临床检验科、疾控中心、生物技术公司、第三方医学检验机构合作,了解业务工作的实际需求,制定理论和实验实习教程,通过参观学习、视频观摩、模拟仿真、实地操作等手段,进行病毒核酸检测、抗体检测、免疫细胞检测等实验的培训,培养研究生实验实操能力。

第三,基于新冠病毒相关科研的快速发展,高品质论文层出不穷,在课堂教学过程中可以采取小组讨论、文献汇报的方式,组织研究生针对某一科学问题进行文献学习。例如,新冠病毒造成炎症因子风暴的机理和临床治疗,新冠病毒感染的细胞和动物模型,新冠病毒的细胞免疫机理,非中和抗体的抗体依赖性感染增强效应(ADE),新冠病毒m RNA 疫苗的优劣和研发进展。围绕这些有趣的科学问题,可以学习免疫学基础理论和前沿问题。

第四,关注生物安全问题,加强生物安全教学。此次疫情暴露了我国在公共卫生应急管理体系方面的短板与不足,在日常实验教学也需要贯彻生物安全的观念,规范使用PCR 室,做好自我防护,避免生物安全暴露和病原微生物泄露,强化应急处置能力的培训。

4 渗透思政教育

在研究生教育教学中弘扬抗疫精神,是践行医者的使命与责任。在科学研究领域,武汉病毒所石正丽教授证明了新冠病毒能结合ACE2,并证实了新冠病毒能感染人、蝙蝠、果子狸和猪,为病毒溯源提供了线索[10]。军事医学研究院研究员陈薇领衔发现了首个靶向S蛋白N 端结构域的高效中和单克隆抗体,研发了腺病毒载体重组新冠疫苗[11-12]。他们从各自专业出发,发挥自身优势,透过新冠疫情,可以窥见中国在卫生防疫、科研攻关、社会治理等诸多方面的先进经验,有利于树立研究生的民族自信和爱国热情。

5 小结

新冠病毒在全世界肆虐,极有可能与人类长期共存,不断变异,伺机突袭,对全人类的生命健康构成了极大危害。免疫学理论和技术对于抗击新冠病毒具有重要价值,新冠疫情对医学院校的研究生免疫学教育是一场严峻的考验。因此,有必要调整研究生免疫学教学的目标、内容和方式方法,通过价值塑造、知识传授、能力培养和思政熏陶,培养更多德才兼备的应用型人才和医学科研人才,为抗击疫情储备技术力量和人力资源,为健康中国和人类文明的建设做出贡献。