中藥代謝組學(xué)研究在教學(xué)改革中的轉(zhuǎn)化研究

摘" 要：隨著新時期的教學(xué)和科研的發(fā)展，代謝組學(xué)在中藥領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的研究和應(yīng)用潛力。研究人員結(jié)合生物和化學(xué)方法研究內(nèi)源小分子的變化，更深入地理解中藥作用機(jī)理。學(xué)校已在中藥學(xué)專業(yè)增設(shè)中藥代謝組學(xué)相關(guān)課程和實驗，補充傳統(tǒng)植物生理學(xué)、分子生藥學(xué)課程，以適應(yīng)“四新”研究與改革實踐。研究方法中，研究人員通過代謝組學(xué)研究各類中藥，分析代謝物變化，探索藥效，并建立多模塊式課程和立體式實踐教學(xué)體系，提升科研成果向教學(xué)轉(zhuǎn)化能力。中藥代謝組學(xué)研究和教學(xué)對提高學(xué)生理論和實踐能力發(fā)揮了重要作用，這種教學(xué)模式有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和獨立思考能力，為他們的未來工作和研究打下堅實基礎(chǔ)。學(xué)校的教學(xué)改革目標(biāo)明確，成效顯著，將繼續(xù)推動改革，為“四新”研究和改革實踐貢獻(xiàn)力量。

關(guān)鍵詞：代謝組學(xué)；中藥學(xué)；教學(xué)轉(zhuǎn)化；實踐教學(xué)；組學(xué)平臺

中圖分類號：G642" "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1673-7164（2024）05-0073-04

代謝組學(xué)是生命科學(xué)、分析化學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、化學(xué)計量學(xué)和工程學(xué)知識相結(jié)合的跨學(xué)科研究方向，主要是對生物體內(nèi)代謝流動態(tài)變化的宏觀描述。代謝組學(xué)的最終目標(biāo)是對生物體中的所有代謝小分子進(jìn)行定性和定量分析，并提供生物體在特定條件下的清晰代謝途徑［1］。由于中藥化學(xué)成分的復(fù)雜性和藥代動力學(xué)的差異性，很難從單一方面科學(xué)地闡明中藥的有效性和安全性。為了臨床療效的綜合評價，就必須闡明如何控制中藥質(zhì)量、如何探索中藥療效以及如何進(jìn)行中藥安全性評價等問題［2］。代謝組學(xué)作為一種系統(tǒng)的研究方法，采用“自下而上”的策略，從整體上反映生物系統(tǒng)代謝網(wǎng)絡(luò)的根源。本研究將從代謝組學(xué)的研究現(xiàn)狀、研究背景、建設(shè)目標(biāo)和預(yù)期效果四個方面進(jìn)行分析。

一、代謝組學(xué)的研究現(xiàn)狀

中藥是中華民族的瑰寶，據(jù)考證已有六千年的使用歷史。中藥的臨床療效、不良反應(yīng)和預(yù)后效果具有西藥無法比擬的優(yōu)勢［3］。中藥是中醫(yī)臨床遣方用藥的主要組成形式，但因化學(xué)組成相對復(fù)雜，大多是從藥用植物中提取得到的［4］。中藥功效因子的發(fā)現(xiàn)是中藥現(xiàn)代化重點關(guān)注的課題之一，為中藥質(zhì)量控制、作用機(jī)制、配伍規(guī)律等諸多科學(xué)問題的研究提供了解決方案，并助推現(xiàn)代臨床應(yīng)用［5］。中藥現(xiàn)代化是將傳統(tǒng)的中藥和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，繼承和發(fā)揚傳統(tǒng)中醫(yī)藥的優(yōu)勢和特色，彌補了西方醫(yī)學(xué)在治療上的不足之處，使中藥產(chǎn)業(yè)逐步走向規(guī)?；?、規(guī)范化、科學(xué)化、市場化，并最終推動中藥產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展［6］。如今中藥材資源開發(fā)、中藥炮制、中藥制備工藝以及劑型開發(fā)在生物制藥領(lǐng)域發(fā)展迅速，但也存在諸多瓶頸，如中藥藥效的物質(zhì)基礎(chǔ)、中藥療效的科學(xué)評價，以及中藥栽培的質(zhì)量控制等棘手問題［7］。上述問題背后的最根本原因之一是缺乏一套更加符合中藥自身特點的研究體系。2000年，“代謝組學(xué)”概念的提出，讓基于中醫(yī)學(xué)整體觀念的系統(tǒng)研究體系煥發(fā)出新的生機(jī)［8］。

近年來，國內(nèi)代謝組學(xué)的研究逐漸受到重視。Web of Science數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計得出，2010—2020年的十年間，共收錄代謝組學(xué)領(lǐng)域相關(guān)論文33000余篇，美國、中國和德國占據(jù)發(fā)文數(shù)量前三位。其中，中藥代謝組學(xué)有關(guān)文獻(xiàn)近1100篇，被引用近15000次，特別是近三年呈現(xiàn)迸發(fā)式增長。國內(nèi)多家單位已先后開展代謝組學(xué)的研究工作，如中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、中國藥科大學(xué)、海南大學(xué)、上海交通大學(xué)、天津藥物研究院等多家單位開展了研究，并利用代謝組學(xué)方法在中藥資源、中藥復(fù)方作用機(jī)理和安全性等方面取得了一系列進(jìn)展［9］。目前，多個高校院所已經(jīng)建立基于核磁共振和色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的實驗平臺，擁有對痕量物質(zhì)、代謝中間物進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析和鑒定的能力。一些課題組開展了使用化學(xué)計量學(xué)和生物信息學(xué)方法解決代謝組學(xué)數(shù)據(jù)處理的問題，配置了進(jìn)行代謝組學(xué)研究所需要的關(guān)鍵儀器設(shè)備。這些條件都為代謝組學(xué)的中藥現(xiàn)代化研究提供了良好的前期基礎(chǔ)。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所于2005年成立“代謝組學(xué)研究中心”。中國科學(xué)院植物研究所和中國林業(yè)科學(xué)院林業(yè)研究所圍繞植物代謝組學(xué)開展大量研究工作。SpringerLink出版社出版的學(xué)術(shù)期刊“Metabolomics”由中國科學(xué)院大連化物所許國旺研究員擔(dān)任雜志編委。相關(guān)研究人員先后在國際著名的Metabolo-mics， Protein amp; Cell， Journal of Proteome Research等雜志發(fā)表學(xué)術(shù)論文，充分體現(xiàn)了國內(nèi)的研究越來越受到國際同行的重視。

二、中藥代謝組學(xué)的研究背景

中醫(yī)的一個顯著特點是“協(xié)同作用”，即復(fù)方的作用大于單方的作用。然而，這一特點不僅是中醫(yī)藥的優(yōu)勢，也是中醫(yī)藥研究的障礙，正是因其復(fù)雜的化學(xué)成分及其相互作用，以及對應(yīng)人體的多個靶點，使得中藥運用現(xiàn)代醫(yī)學(xué)體系難以闡明其治病機(jī)理［10］。系統(tǒng)生物學(xué)是當(dāng)今生命科學(xué)的熱點，符合中醫(yī)的整體觀念和實踐，有助于理解其分子機(jī)制。作為系統(tǒng)生物學(xué)的一個分支，代謝組學(xué)提供了一個精確的表型動態(tài)表征，用來發(fā)掘潛在的生物標(biāo)記物。通過對復(fù)雜生物體系和中草藥樣品進(jìn)行指紋圖譜分析，可以全面了解中藥的炮制機(jī)理、安全性和有效性［11］。中藥代謝組學(xué)是一門新興的技術(shù)，它結(jié)合了中藥學(xué)和代謝組學(xué)的原理和方法，并以此為基礎(chǔ)研究中藥在人體內(nèi)的代謝過程和藥效成分的作用機(jī)制。這種技術(shù)的應(yīng)用具有廣泛的潛力和前景［12］。

在代謝組學(xué)領(lǐng)域，中藥代謝組學(xué)可以被用來探究中藥對維持人體健康的作用。通過分析中藥在人體內(nèi)的代謝產(chǎn)物及其濃度變化，研究人員可以得出中藥對人體的作用和副作用，甚至可以揭示中藥與疾病之間相互作用的機(jī)制，從而更好地設(shè)計中藥治療方案和優(yōu)化中藥配伍。中藥代謝組學(xué)也可以被用來探索中藥的多樣性和復(fù)雜性。中藥是由數(shù)百種化學(xué)成分組成的復(fù)雜混合物，其中每種成分都可能在人體內(nèi)發(fā)揮不同的作用。通過代謝組學(xué)技術(shù)，研究人員可以系統(tǒng)地分析中藥中各種成分的代謝產(chǎn)物，揭示中藥成分之間的相互關(guān)系和作用機(jī)制，為深入研究中藥的藥理學(xué)奠定基礎(chǔ)。

當(dāng)代藥學(xué)研究中，中藥代謝組學(xué)已成為一個備受關(guān)注的領(lǐng)域。它結(jié)合了中藥學(xué)、代謝組學(xué)和計算生物學(xué)等多個領(lǐng)域的知識，通過綜合分析中藥在人體內(nèi)的代謝產(chǎn)物及其濃度變化，為中藥的藥理學(xué)研究提供更有深度的認(rèn)識。除此之外，中藥代謝組學(xué)也可以被用于探索中藥與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)之間的聯(lián)系，為中西醫(yī)結(jié)合提供更加科學(xué)的依據(jù)。例如在研究中藥治療癌癥方面，中藥代謝組學(xué)不僅可以揭示中藥成分之間的相互作用和藥物代謝的途徑，還可以評估化療方案的效果并提供更好的治療策略。

中藥代謝組學(xué)是一個具有廣泛應(yīng)用前景的領(lǐng)域，它為中藥學(xué)、藥理學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域提供了新的研究方法和技術(shù)手段。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，中藥代謝組學(xué)將會在更多方面發(fā)揮重要作用，為人們帶來更多的驚喜與突破。

三、課程建設(shè)目標(biāo)

（一）瞄準(zhǔn)成果轉(zhuǎn)化方向

為了有效地將代謝組學(xué)的研究成果融入教學(xué)實踐，讓學(xué)生在實踐中提升分析和解決問題的能力，研究人員需要構(gòu)建一個旨在將教學(xué)和科研緊密結(jié)合的體系。首先對現(xiàn)有的共性課程進(jìn)行整合，按照學(xué)科方向進(jìn)行模塊化設(shè)計。每個模塊圍繞一個特定的科學(xué)問題或研究領(lǐng)域，以便引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和理解。其次，研究人員要建立一個高校與企業(yè)、科研院所或公共實驗中心的合作平臺。通過這個平臺，研究人員可以有效地利用豐富的實踐教學(xué)資源，讓學(xué)生有機(jī)會在實踐中應(yīng)用和深化在課堂上學(xué)到的理論知識。最后，研究人員需要找到與社會生產(chǎn)需求和行業(yè)發(fā)展瓶頸密切相關(guān)的問題，并找到解決這些問題的策略和方法。學(xué)生在參與這些實踐活動的過程中，不僅可以提高自身的專業(yè)技能和素養(yǎng)，還可以增強自身的問題解決能力和創(chuàng)新能力。

（二）完善課程平臺構(gòu)架

以學(xué)?！爸兴帉W(xué)”省級高峰學(xué)科平臺為基礎(chǔ)，建立多種中藥材代謝組學(xué)數(shù)據(jù)庫集成平臺。構(gòu)建中藥代謝組學(xué)系列專業(yè)課程實驗一體化，囊括中藥代謝指紋圖譜構(gòu)建、中藥藥用成分代謝輪廓分析、中藥靶向代謝組學(xué)分析等教學(xué)模塊及實驗課程，將多門具有共性的課程實驗融合，開發(fā)綜合型、有深度、有系統(tǒng)性的研究性實驗項目［13-14］。依托省級石斛產(chǎn)業(yè)化協(xié)同創(chuàng)新中心、省中藥資源保護(hù)和持續(xù)利用工程實驗室、省中藥生態(tài)工程研究中心等科研平臺，進(jìn)一步融合科研與教學(xué)，實施多途徑、多手段、多形式的實踐教學(xué)模式。目前已建成中藥活性成分分離純化、色譜/質(zhì)譜技術(shù)下的藥材質(zhì)量控制、中藥功效因子代謝譜三個代謝組學(xué)分析平臺，建立道地藥材霍山石斛色譜檢測平臺等［15］，為專業(yè)課程實驗一體化提供支持。

（三）加強理論與實踐結(jié)合

通過將科研成果與課程章節(jié)、實驗項目結(jié)合，提高學(xué)生動手綜合實踐及解決問題的能力。以“研究平臺+模塊化”組合式課程體系為載體，將中藥代謝組學(xué)科研成果擴(kuò)展至專業(yè)課程教學(xué)。針對儀器分析、分子生藥學(xué)、中藥學(xué)幾門課程的教學(xué)內(nèi)容，在一些課程教學(xué)中添加相關(guān)內(nèi)容。儀器分析課程是學(xué)院生物工程、食品科學(xué)等專業(yè)的核心課程，主要是利用高精尖儀器對物質(zhì)進(jìn)行定性、定量和表征，其中涉及的光譜法和色譜法課程部分與代謝組學(xué)密切相關(guān)。分子生藥學(xué)課程主要讓學(xué)生熟悉各類藥用植物，掌握植物天然產(chǎn)物生物合成關(guān)鍵酶的鑒定和功能分析等實驗技能，宏觀層面的研究方向集中在天然產(chǎn)物積累規(guī)律的代謝譜分析、不同品種和產(chǎn)地藥用植物的品種區(qū)分和質(zhì)量評價等方面，以上都需要使用代謝組學(xué)技術(shù)。中藥學(xué)是醫(yī)藥類專業(yè)的專業(yè)核心課程之一，是為培養(yǎng)具有中藥與中醫(yī)基礎(chǔ)知識背景，系統(tǒng)掌握中醫(yī)藥學(xué)的基本理論，掌握中藥研制的基本技能及現(xiàn)代醫(yī)藥學(xué)的相關(guān)知識的中藥學(xué)專門人才。課程中涉及的中藥及復(fù)方藥效的物質(zhì)基礎(chǔ)，道地藥材生產(chǎn)質(zhì)量規(guī)范，中藥炮制加工，中藥與復(fù)方機(jī)理作用，中藥藥物體內(nèi)代謝等部分都與中藥代謝組學(xué)密切關(guān)聯(lián)。

（四）強化內(nèi)部管理機(jī)制

作為工科院校，學(xué)校一直以來重視本科生實踐能力的培養(yǎng)，提倡將課堂所學(xué)知識靈活地運用到課后生產(chǎn)實踐中，提升學(xué)生在本專業(yè)領(lǐng)域解決實際問題的能力，培養(yǎng)合格的創(chuàng)新型人才。本項目基于“研究平臺+模塊化”課程體系建設(shè)和多模塊立體式實踐教學(xué)體系，將中藥代謝組學(xué)研究成果以授課方式滲透至生物化學(xué)、儀器分析、植物細(xì)胞工程、植物天然產(chǎn)物開發(fā)、中藥學(xué)、生物物質(zhì)分離工程等課程教學(xué)中。對課程體系建設(shè)、培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱修訂、實踐教學(xué)體系搭建、專業(yè)教育階段的多模式設(shè)計、教學(xué)管理完善等方面進(jìn)行綜合改革，構(gòu)建創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，培養(yǎng)符合企業(yè)和高校急需的工科應(yīng)用型人才。設(shè)計具有專業(yè)特征的學(xué)科教學(xué)環(huán)節(jié)，建立一套具有可操作性的運行機(jī)制和管理機(jī)制，達(dá)到在生物工程、生物制藥、食品加工領(lǐng)域培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)造性專業(yè)人才的目的。

四、預(yù)期效果

（一）整合相關(guān)學(xué)科方向

研究人員構(gòu)建了一個以“研究平臺+模塊化”為核心的組合式課程體系，旨在將中藥代謝組學(xué)的科研成果擴(kuò)展至中藥學(xué)、儀器分析、植物天然產(chǎn)物開發(fā)等課程中。這個體系的核心是模塊化立體式實踐教學(xué)，這種創(chuàng)新的教學(xué)方式旨在讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能更深入地了解和掌握代謝組學(xué)的研究方向和方法。

在課程設(shè)計上，研究人員強調(diào)實踐操作和實驗技能的訓(xùn)練。學(xué)生將有機(jī)會設(shè)計并實施代謝組學(xué)的基礎(chǔ)實驗，從而深入理解和掌握這一領(lǐng)域的基本研究方法和技術(shù)。研究人員還會讓學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握常見分析儀器的使用規(guī)范和注意事項，以確保他們在實驗操作過程中的科學(xué)操作與實驗安全。

為了提高學(xué)生的主觀能動性和邏輯思維能力，研究人員鼓勵本科生積極參與研究性學(xué)習(xí)課題或大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目。通過這種方式，學(xué)生可以將所學(xué)知識用于解決實際問題，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和實踐能力。

這種模塊化立體式實踐教學(xué)體系的目標(biāo)是將技術(shù)創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為學(xué)生的實踐運用能力，使他們在學(xué)習(xí)過程中能更好地將理論知識與實踐操作相結(jié)合，提高綜合能力和專業(yè)素養(yǎng)，為學(xué)生未來在科研和工作中獨立解決問題打下堅實的基礎(chǔ)。

（二）深化教學(xué)課程改革

加強精品課程建設(shè)，爭取申報校級乃至省級精品課程。建立虛擬仿真實驗教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等智慧型教學(xué)工具，使理論問題形象化、立體化，豐富實踐教學(xué)過程，提升教學(xué)質(zhì)量。著重在中藥學(xué)、儀器分析、植物天然產(chǎn)物開發(fā)等課程章節(jié)和實驗課程適當(dāng)增加代謝組學(xué)課程講授，介紹有關(guān)技術(shù)和前沿進(jìn)展。創(chuàng)新教改教研思路，提升精品課程質(zhì)量和層次，打造形象化、立體化和個性化的智慧型教學(xué)。

（三）提升師資教學(xué)水平

通過整合目前市面“代謝組學(xué)”相關(guān)教材和期刊資源，理論課程緊跟前沿研究科技成果，凝練一批代謝組學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)應(yīng)用成果，努力將教學(xué)與科研資源一體化融合，輔助精品課程建設(shè)等教學(xué)改革舉措。培養(yǎng)年輕教師隊伍，通過培訓(xùn)或進(jìn)修方式，對接有關(guān)高校、科研院所、企業(yè)校外實習(xí)培訓(xùn)基地，完善授課教師對組學(xué)分析大型儀器的了解和使用，強化代課教師對中藥代謝組學(xué)數(shù)據(jù)處理和分析方法的掌握。

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（薦稿人：金青，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授）

（責(zé)任編輯：淳潔）