緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了1篇醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)PBL教學(xué)設(shè)計研究，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！

醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)是生物醫(yī)學(xué)中的前沿學(xué)科，主要利用分子生物學(xué)相關(guān)技術(shù)研究疾病與基因的關(guān)系，以期在分子水平實現(xiàn)疾病早期診斷、出生缺陷預(yù)防以及疑難疾病的靶向治療，是臨床基因診斷和基因治療的核心內(nèi)容。在醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)中，醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)是銜接基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)的橋梁課程[1]。目前在各高等醫(yī)學(xué)院校中，醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)的教學(xué)以理論講授為主，實驗教學(xué)為輔。事實上，醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)的理論較為抽象，概念繁多且知識更新快，教師單純講授的教學(xué)模式對學(xué)生的主觀能動性有很大限制，不利于培養(yǎng)創(chuàng)新型醫(yī)學(xué)人才[2]。相應(yīng)的實驗教學(xué)一般多是技術(shù)操作和對課堂理論的驗證，且與后期的醫(yī)學(xué)臨床工作脫節(jié)明顯。此外，實驗內(nèi)容較為孤立，缺乏系統(tǒng)性，無法很好地培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識進行綜合分析問題的能力[3]。

近年來，基于問題的學(xué)習(xí)(problem-basedlearning，pbl)作為培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的重要方法，在醫(yī)學(xué)教育中得到了廣泛的應(yīng)用。PBL教學(xué)以問題為基礎(chǔ)，以學(xué)生為主體，采用小組討論的形式，在教師的參與和引導(dǎo)下，圍繞某一醫(yī)學(xué)案例進行研究、討論和學(xué)習(xí)[4]。這種學(xué)習(xí)理念和方式契合教育專家Zimmerman關(guān)于自主學(xué)習(xí)的經(jīng)典理論，為發(fā)展醫(yī)學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力提供了一條重要途徑[1,5]。針對當(dāng)前醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)在醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)中的發(fā)展現(xiàn)狀，本文從科研實踐出發(fā)，緊密結(jié)合臨床實際，設(shè)計了以A2型短指(趾)癥為核心的PBL教學(xué)案例。希望通過這一教案的分享和交流，共同提高醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，更好的為培養(yǎng)創(chuàng)新型醫(yī)學(xué)人才服務(wù)。

1A2型短指(趾)癥簡介

短指(趾)癥(brachydactyly，BD)是一類具有獨特臨床表型和遺傳異質(zhì)性的先天性遺傳疾病，表現(xiàn)為指(趾)骨和(或)掌骨異常發(fā)育而導(dǎo)致的手指(腳趾)縮短，常伴有其他手部畸形，如指關(guān)節(jié)粘連、并指、多指或少指等[6]。BDs被分為BDA、BDB、BDC、BDD和BDE，其中BDA又包含BDA1、BDA2和BDA3三個亞型[7]。目前，大多數(shù)先天性短指(趾)癥致病基因在分子水平上得到了鑒定[8]。

BDA2(MIM112600)最先由莫爾和威瑞特在一個丹麥血統(tǒng)的挪威大家系中發(fā)現(xiàn)[9]。患有BDA2的患者表現(xiàn)為第二和第五指中指骨發(fā)育不全/再生障礙，所有BDA2家系成員都有食指和/或第二腳趾中指骨的偏離和縮短。值得強調(diào)的是，BDA2的致病基因具有異質(zhì)性。Lehmann等[8,10]發(fā)現(xiàn)，BDA2是由骨形態(tài)發(fā)生蛋白受體1B(bonemorphogeneticproteinreceptor1b，BMPR1B)基因錯義突變引起的，BMPR1B是一種I型跨膜絲氨酸-蘇氨酸激酶，3個德國家族中存在3種不同的錯義突變。Seemann等[11]、Kjaer等[12]和Ploger等[13]相繼在原始BDA2家系的后代中發(fā)現(xiàn)了第二個BDA2致病基因——生長分化因子5(growthdifferentiationfactor5，GDF5)。近年來，來自不同人群家系的4項研究均報道，骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(bonemorphogeneticprotein2，BMP2)基因下游的遠(yuǎn)程增強子區(qū)域發(fā)生的基因組片段重復(fù)是BDA2的致病原因[14～17]。

2PBL案例設(shè)計

題目：為入職做手指畸形矯正的小李

2.1場景一

小李在母親王女士的陪伴下，來到醫(yī)院外科(手外)就診，目的很明確，為了能順利通過入職的體檢和避免歧視，要求對自己的雙手食指進行畸形矯正手術(shù)。小李的食指第二指節(jié)發(fā)育異常，表現(xiàn)為食指遠(yuǎn)端指節(jié)向拇指側(cè)彎曲。黃醫(yī)生與小李溝通后，在開具常規(guī)檢查和手部X光片檢查單時，發(fā)現(xiàn)小李的母親的手指存在同樣的癥狀(圖1，A和B)。后通過審閱X光片，黃醫(yī)生確認(rèn)小李的食指第二指節(jié)兩側(cè)發(fā)育不對稱，造成該指節(jié)呈楔形。此外，小李的足部第二趾和母親具有同樣的表型(圖1，C和D)。在這種情況下，作為一名經(jīng)過基礎(chǔ)和臨床科研培養(yǎng)的專業(yè)人士，黃醫(yī)生應(yīng)該怎么做？

2.1.1引導(dǎo)學(xué)生掌握先天性遺傳疾病的初步分析

內(nèi)容包括：準(zhǔn)確的表型描述，疾病的類型，家系圖譜，遺傳模式等。

2.1.2討論要點

(1)生物醫(yī)學(xué)科研倫理要求；

(2)遺傳疾病的一般特征；

(3)疾病表型資料收集方法；

(4)系譜圖的繪制；

(5)遺傳模式分析。

2.2場景二

黃醫(yī)生通過與小李和王女士溝通，得到了對方對黃醫(yī)生研究該疾病的支持。黃醫(yī)生按照常規(guī)流程，安排完成小李的手指畸形矯正手術(shù)，術(shù)后矯正效果符合小李的期望，康復(fù)良好。然后在王女士的幫助下，收集到了該疾病家系的家系圖(圖2)、家系成員的知情同意書和外周血液樣本，以及患者的臨床資料等。

在這六代人的家系中，黃醫(yī)生實際收集到29名家系成員的資料，包括：19名受影響個體和10名未受影響個體。分別對他們進行了臨床檢查，并選擇了受影響個體的一個子集進行X-射線檢查。所有受影響的個體都具有典型的BDA2表型，其特征是食指和第二腳趾內(nèi)側(cè)偏短，并伴有異常的指間關(guān)節(jié)形成。大多數(shù)受影響的成年個體身材矮小。所有受影響的個體都觀察到三角形的中指骨，如圖1所示。在該家系中未觀察到性別相關(guān)特征。

通過比對文獻(xiàn)資料，黃醫(yī)生確認(rèn)此疾病為先天性遺傳疾病，屬常染色體顯性遺傳模式，是系列短指(趾)癥中的一種：BDA2。已知的致病基因有兩個，分別是BMPR1B和GDF5基因。黃醫(yī)生根據(jù)經(jīng)驗，優(yōu)先開展對BMPR1B和GDF5基因的測序分析，希望找到致病突變，完成對該家系的研究工作。然而，在遺傳分析中，BMPR1B或GDF5基因座位均未發(fā)現(xiàn)突變。這種情況下，黃醫(yī)生又該怎么做？

2.2.1引導(dǎo)學(xué)生掌握先天性遺傳疾病的致病突變檢測方法

內(nèi)容包括：對已知致病基因的直接測序法和對未知致病基因的經(jīng)典連鎖分析法等。

2.2.2討論要點

(1)遺傳異質(zhì)性；

(2)已知致病基因的致病突變分析方法——直接測序法；

(3)未知致病基因的遺傳疾病分析方法——經(jīng)典的連鎖分析法；

(4)常用的遺傳標(biāo)記——短串聯(lián)重復(fù)(shorttandemrepeats，STR)，又稱為微衛(wèi)星標(biāo)記。

2.3場景三

黃醫(yī)生在BDA2家系中使用STR進行了全基因組掃描。最終將BDA2的致病位點定位在遺傳標(biāo)記D20S867和D20S851之間，區(qū)域長度為5.2Mb，其中D20S156的LOD值最高(θ=0時，Zmax=6.09)。隨后，進行單倍型分析，最終將BDA2表型的最大連鎖區(qū)間定位在D20S194(端粒端)和D20S115(著絲粒端)之間的1.5Mb的區(qū)域內(nèi)(圖3)[16]。而對這段區(qū)域的分析只發(fā)現(xiàn)了一個基因BMP2。根據(jù)類似的文獻(xiàn)報道，這種情況下，BMP2即為BDA2的致病基因，只需要仔細(xì)測序鑒定致病突變即可。然而，對BMP2的序列分析，包括所有的外顯子、內(nèi)含子、啟動子區(qū)、5′-UTR、3′-UTR和進化保守區(qū)均未發(fā)現(xiàn)突變。這讓通讀多篇文獻(xiàn)的黃醫(yī)生再次陷入沉思，下一步她該怎么辦？

2.3.1引導(dǎo)學(xué)生掌握相關(guān)分子遺傳學(xué)知識

內(nèi)容包括：基因遠(yuǎn)端調(diào)控元件的種類、作用等，以及基因芯片技術(shù)等實驗技術(shù)的應(yīng)用。

2.3.2討論要點

(1)基因遠(yuǎn)端調(diào)控元件；

(2)基因芯片技術(shù)的應(yīng)用；

(3)Q-PCR技術(shù)的應(yīng)用；

(4)斷點PCR技術(shù)的應(yīng)用。

2.4場景四

幸運的是，黃醫(yī)生從文獻(xiàn)中找到了新的思路。Chandler等[18]報道小鼠中BMP2的轉(zhuǎn)錄可被位于BMP2啟動子下游156.3kb處的增強子區(qū)域調(diào)控，其非編碼序列變異可能影響B(tài)MP2轉(zhuǎn)錄，從而導(dǎo)致骨量變化及骨質(zhì)疏松等癥狀。從功能上分析，BMP2基因下游的遠(yuǎn)程調(diào)控區(qū)域的遺傳變異將影響B(tài)MP2的表達(dá)，可以發(fā)揮與BMP2基因上發(fā)生突變的類似效果。由于對于非編碼調(diào)控區(qū)域的研究較少，且沒有很好的技術(shù)能鑒定這種調(diào)控區(qū)域，黃醫(yī)生選擇聯(lián)系基因芯片公司，定制了一款基因芯片，可高密度覆蓋人類20號染色體，特別是潛在致病突變所在的區(qū)域。最終，通過這個定制芯片檢測，在受影響的家系成員中發(fā)現(xiàn)了一段約4.67kb的片段重復(fù)，染色體區(qū)間在6809000bp～6814000bp處(圖4A)[16]。該重復(fù)位于BMP2下游約110kb處非編碼序列中。隨后，利用Q-PCR技術(shù)，在重復(fù)區(qū)域內(nèi)使用3對引物(P2-P4)，在側(cè)翼序列內(nèi)使用兩對引物(P1和P5)(圖4B)[16]，確認(rèn)這種重復(fù)在受影響的家庭成員中均存在，而在未受影響的家庭成員中則未發(fā)現(xiàn)。此外，使用引物F7和R7，僅在患者中發(fā)現(xiàn)655bp的斷點PCR片段(圖5)[16]。

為了驗證上述結(jié)果的可靠性，黃醫(yī)生通過Q-PCR和斷點PCR，確認(rèn)在100多名健康對照個體中不存在這種重復(fù)。對多名受影響家庭成員中的655bp斷點PCR片段進行直接測序，以及基因組序列比對，最終確認(rèn)在BMP2下游發(fā)現(xiàn)了一個4671bp的重復(fù)序列(Chr.20:6809218～6813888)。綜合上述實驗結(jié)果，雖然還缺少一些更直接的實驗驗證，黃醫(yī)生已經(jīng)可以得出結(jié)論，即：該基因組片段的重復(fù)是BDA2的致病因素。

3討論與思考

在醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)的PBL教學(xué)中，選擇以A2型短指(趾)癥作為案例是基于多方面的考慮。

首先，該致病變異的鑒定過程相對曲折，研究的趣味性較強，適合編輯成一個多次轉(zhuǎn)折的情景故事(圖6)。從臨床發(fā)現(xiàn)遺傳疾病到最終鑒定出致病的遠(yuǎn)端調(diào)控區(qū)域重復(fù)，期間在檢測已知致病基因和發(fā)現(xiàn)BMP2后鑒定突變位置，均出現(xiàn)與預(yù)想不符的結(jié)果，即：未能找到致病突變或變異。這樣的轉(zhuǎn)折能夠帶給學(xué)生更多啟示，引導(dǎo)他們深入的思考和探索，潛移默化的培養(yǎng)他們的創(chuàng)新性思維。

其次，在鑒定BDA2致病突變/變異的教學(xué)中，不僅系統(tǒng)性強，而且所涵蓋的臨床和基礎(chǔ)遺傳學(xué)知識內(nèi)容豐富。包括：生物醫(yī)學(xué)科研倫理；先天性遺傳疾病的常見特征；臨床資料收集；家系圖譜；遺傳模式；遺傳異質(zhì)性；已知致病基因測序分析；遺傳標(biāo)記STR；連鎖分析；基因遠(yuǎn)端調(diào)控元件；基因芯片技術(shù)；Q-PCR技術(shù)；斷點PCR技術(shù)；以及全基因組測序或全外顯子組測序等。有利于醫(yī)學(xué)生在基礎(chǔ)與臨床之間，更好的融會貫通，多角度、多層次、多方位的思考與學(xué)習(xí)，實現(xiàn)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[4]。

第三，近年來，由于高通量測序技術(shù)的迅速發(fā)展，在對先天性遺傳疾病的研究中，廣泛采用了全基因組測序或全外顯子組測序的方法。誠然，對于基因編碼區(qū)或已知功能區(qū)的點突變或微小插入或缺失的鑒定，這是非常有效的方法。但是，面對類似BDA2這樣的先天性遺傳疾病時，全基因組測序或全外顯子組測序的有效性就值得商榷，它們對發(fā)生在非編碼區(qū)域的功能性調(diào)控元件的較大片段重復(fù)或缺失的鑒定可能存在一定的不足。因此，通過本案例能夠很好的拓展醫(yī)學(xué)生的知識面，使他們充分認(rèn)識到不同技術(shù)方法都有其特定的適用范圍，在未來的學(xué)術(shù)生涯中也是受益終身的體驗。

最后，本案例從臨床出發(fā)，到基礎(chǔ)研究結(jié)束。研究結(jié)果能夠回到臨床實踐中去，應(yīng)用到預(yù)防出生缺陷等方面，很好的實現(xiàn)了臨床研究與基礎(chǔ)研究的融合，這對培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的綜合科研思維提供了范例。

當(dāng)然，鑒于PBL教學(xué)主要還是偏向理論學(xué)習(xí)，有條件的情況下可以開展與本案例相配套的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。例如：Sanger測序、基于STR的基因分型、基因芯片分析、Q-PCR和斷點PCR等技術(shù)，必將對醫(yī)學(xué)生鞏固理論知識起到很好的促進作用，從而提升教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量。

綜上所述，本文設(shè)計了以BDA2研究為核心的PBL教學(xué)案例，以期通過以能力培養(yǎng)代替知識傳授，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，既培養(yǎng)他們獨立分析和解決問題的能力，也培養(yǎng)他們創(chuàng)新性思維、舉一反三、臨床聯(lián)系基礎(chǔ)和理論聯(lián)系實際的卓越學(xué)風(fēng)，為健康中國建設(shè)輸送更多具有國際競爭力的高素質(zhì)醫(yī)學(xué)人才。

作者：馬捷 黃露杰 張巧霞 朱艷 錢露 單位：西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 西安市第三醫(yī)院教學(xué)科