陳 潔 （江蘇省無錫市輔仁高級(jí)中學(xué) 江蘇無錫 214123）

“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”是近幾年生物醫(yī)學(xué)的高頻熱門詞匯。在人教版選修3《現(xiàn)代生物科技專題》中，以國內(nèi)、外重大科學(xué)技術(shù)和成果為素材，構(gòu)建生物科學(xué)發(fā)展與人類文明的聯(lián)系。在“動(dòng)物細(xì)胞融合與單克隆抗體”一節(jié)教學(xué)中，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)近距離接觸“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”中的探索、發(fā)展與應(yīng)用，在開闊眼界的同時(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

1 “精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”概述

從古至今，人類疾病帶來的災(zāi)難遠(yuǎn)超過戰(zhàn)爭的危害。例如14世紀(jì)歐洲爆發(fā)的鼠疫（黑死?。Z走了2 500 萬人的性命，占?xì)W洲總?cè)丝诘?／3；18世紀(jì)歐洲死于天花的人數(shù)在1.5 億以上；19世紀(jì)死于結(jié)核病的人數(shù)超過2 億。隨著抗生素的發(fā)現(xiàn)、疫苗的研制，這些由病原微生物引發(fā)的致病性強(qiáng)、致死率高的傳染病已得到有效的預(yù)防、控制和治療。但人類疾病并未偃旗息鼓，仍頑強(qiáng)地與醫(yī)學(xué)技術(shù)“共同進(jìn)化”。近百年來，由于人類的生存條件極大改善，壽命延長，以及不可回避的環(huán)境問題，癌癥已然躍居成為威脅人類健康的最大殺手。

1.1 “精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”的概念 人類與癌癥的戰(zhàn)斗已延續(xù)百年。從19世紀(jì)末利用X 射線殺死病灶癌細(xì)胞的放療，到20世紀(jì)中葉用氮芥治療惡性淋巴瘤的化療［1］。這些技術(shù)一路走來不斷發(fā)展，有的敵我不分，有的副作用太大，讓人愛之不能、棄之可惜。

“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”是近幾年最時(shí)髦的醫(yī)學(xué)詞匯之一，即根據(jù)每個(gè)病人的特征制定個(gè)性化治療方案。它由“個(gè)性化醫(yī)療”聯(lián)合最新的基因檢測技術(shù)發(fā)展而來。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)尚處于起步階段，計(jì)劃分2 步走，第1 步側(cè)重于癌癥的預(yù)防、診斷和治療；第2 步全面推廣到各種疾病。

1.2 “精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”的目標(biāo) 相比傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的治“已病”，精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的優(yōu)勢體現(xiàn)在治“未病”，例如癌癥的早期診斷和預(yù)防。2014年啟動(dòng)的高通量基因測序，應(yīng)用于多種實(shí)體腫瘤的檢測(例如肺癌、乳腺癌、結(jié)腸癌和肝癌等)，醫(yī)生可根據(jù)基因測序的結(jié)果采取相應(yīng)措施。好萊塢巨星安吉麗娜·朱莉就是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的經(jīng)典案例。其家族女性高發(fā)乳腺癌，但她本人未患癌癥。她通過基因測序發(fā)現(xiàn)體內(nèi)存在遺傳缺陷基因BRCA1，該基因可導(dǎo)致87%罹患乳腺癌和50%罹患卵巢癌的風(fēng)險(xiǎn)。安吉麗娜決定通過切除乳腺和卵巢降低乳腺癌和卵巢癌的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

分子生物學(xué)技術(shù)在飛速發(fā)展的同時(shí)，細(xì)胞工程技術(shù)也不甘落后。1975年英國的2 位科學(xué)家成功誘導(dǎo)免疫B 細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞融合獲得雜交瘤細(xì)胞，利用雜交瘤細(xì)胞大量制備單克隆抗體。單克隆抗體的橫空出世，使精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)在癌癥的精準(zhǔn)治療方面，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

2 走進(jìn)“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”的課堂

不同于放療與化療，抗體是癌癥治療中的完美“武器”。利用抗體與癌細(xì)胞表面抗原類物質(zhì)發(fā)生特異性識(shí)別的原理，實(shí)現(xiàn)對癌細(xì)胞的精準(zhǔn)定位，再結(jié)合其他化學(xué)藥物將癌細(xì)胞置于死地，此舉對正常細(xì)胞的傷害極大減少。

2.1 創(chuàng)新思維開辟新方向 早在19世紀(jì)后期，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)給小鼠多次注射特定抗原，會(huì)刺激小鼠產(chǎn)生免疫反應(yīng)，從小鼠的血清中能提取到抗體。但血清抗體來自多種免疫B 細(xì)胞，種類多，針對特定抗原的抗體純度低、特異性差。若能獲得識(shí)別特定抗原（表位）的特異性單克隆免疫B 細(xì)胞，由其增殖產(chǎn)生的抗體（單克隆抗體），則純度高、特異性強(qiáng)。這種完美的“武器”為癌癥靶向治療開辟了新方向。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，自然界中存在被病毒感染后的動(dòng)物細(xì)胞融合成多核細(xì)胞的現(xiàn)象?？茖W(xué)家利用這一自然現(xiàn)象在體外成功誘導(dǎo)動(dòng)物細(xì)胞融合，并將雜交細(xì)胞培養(yǎng)成活。這為雜交瘤細(xì)胞的融合與培養(yǎng)提供了技術(shù)支持。除了病毒誘導(dǎo)外，化學(xué)試劑、太空微重力條件下電融合等手段也在不斷改進(jìn)與創(chuàng)新，雜交瘤細(xì)胞融合和培養(yǎng)的成功率不斷攀升。

2.2 科學(xué)探索制造新產(chǎn)品 無論通過什么手段誘導(dǎo)細(xì)胞融合，融合產(chǎn)物都非常復(fù)雜。有未融合的細(xì)胞、相同類型融合的細(xì)胞，以及不同類型融合的細(xì)胞（圖1）。所以必須經(jīng)過篩選才能獲得由不同類型融合的雜交瘤細(xì)胞。

圖1 誘導(dǎo)動(dòng)物細(xì)胞融合

細(xì)胞合成DNA 通常有2 條途徑：1）主要途徑，利用糖和氨基酸合成核苷酸，進(jìn)而合成DNA。2）替代途徑，通過HGPRT 利用核苷酸的前體合成核苷酸，進(jìn)而合成DNA。

在基本培養(yǎng)基中添加次黃嘌呤（hypoxanthine-H）、甲氨蝶呤（aminopterin-A）和胸腺嘧啶核苷（thymidine-T）3 種成分，稱其為HAT 培養(yǎng)基，它能對誘導(dǎo)融合后的不同類型細(xì)胞進(jìn)行篩選。其中，A 可阻斷DNA 合成的 第1 條途徑，H 和T 則是替代途徑中合成核苷酸的原料。

實(shí)驗(yàn)中的小鼠骨髓瘤細(xì)胞是一類HGPRT 代謝缺陷型細(xì)胞。因此在HAT 培養(yǎng)基中，未融合與融合的骨髓瘤細(xì)胞在甲氨蝶呤A 的阻遏下不能合成DNA，細(xì)胞因無法增殖而死亡（圖2）。未融合與融合的免疫B 細(xì)胞，因本身不具備增殖能力，5～7 d 也凋亡了。最終在HAT 培養(yǎng)基中，只有雜交瘤細(xì)胞可通過替代途徑合成DNA，細(xì)胞正常增殖而存活下來。HAT 培養(yǎng)基能篩選出雜交瘤細(xì)胞。

圖2 HAT 培養(yǎng)基篩選雜交瘤細(xì)胞

第1 次篩選能獲得若干雜交瘤細(xì)胞，它們不僅具有無限增殖的能力，也含抗體基因，但基因的存在并不決定其是否表達(dá)。所以眾多雜交瘤細(xì)胞有些不產(chǎn)生抗體，有些產(chǎn)生專一抗體（效價(jià)有區(qū)別），還有些產(chǎn)生非專一抗體。

第2 次篩選是為了獲得能產(chǎn)生專一抗體的雜交瘤細(xì)胞。將雜交瘤細(xì)胞培養(yǎng)液通過有限稀釋的方法將細(xì)胞分開，再進(jìn)行細(xì)胞的克隆化培養(yǎng)，獲得單克隆細(xì)胞群。最后利用抗體篩選技術(shù)，例如酶聯(lián)免疫吸附測定（ELISA）、免疫熒光標(biāo)記法（IFA）等，對單克隆細(xì)胞產(chǎn)生的抗體進(jìn)行陽性檢測，即可篩選出能產(chǎn)生專一抗體的雜交瘤細(xì)胞（圖3）。

圖3 篩選產(chǎn)生專一抗體的雜交瘤細(xì)胞

有很多方法可利用雜交瘤細(xì)胞生產(chǎn)特異性強(qiáng)、靈敏度高的單克隆抗體。目前最常用的方法是向小鼠體內(nèi)注射雜交瘤細(xì)胞，制備腹水。先向小鼠腹腔注射0.5 mL 液體石蠟，1～2 周后向腹腔注射1×106個(gè)雜交瘤細(xì)胞，接種7～10 d 后，腹腔滲透壓升高致使體液滲入腹腔形成腹水，采集腹水，其單克隆抗體的濃度可達(dá)5～20 mg／mL。體外也可大量培養(yǎng)雜交瘤細(xì)胞，收集培養(yǎng)液的上清液也可提取單克隆抗體。單克隆抗體的濃度僅為10～60 μg／mL，若大量生產(chǎn)，成本較高。

單抗制備過程非常繁瑣復(fù)雜。生物科技的奇妙之處在于“巧奪天工”，借助自然提供的“工作母機(jī)”改造自然?？茖W(xué)家歷經(jīng)幾十年的不斷探索、改進(jìn)和完善實(shí)驗(yàn)流程，最終成功打造出優(yōu)于血清抗體的單抗產(chǎn)品，并成功應(yīng)用于新藥研發(fā)，診斷與治療多種疾病。

2.3 生物技術(shù)打造新產(chǎn)業(yè) 單抗藥物是由單抗和化學(xué)藥物組合成的“生物導(dǎo)彈”，其特異性靶向癌細(xì)胞的能力，不僅可減少對正常細(xì)胞的傷害，還能有效減少藥物的劑量。相比放療和化療，單抗藥物具有明顯優(yōu)勢。單抗產(chǎn)業(yè)展示了蓬勃發(fā)展的市場前景。例如美國食品與藥品管理局在1998年批準(zhǔn)了“赫賽汀”上市，用于治療女性發(fā)病率最高的乳腺癌。該藥在國內(nèi)售價(jià)高達(dá)2.5 萬元／支?；颊咭粋€(gè)療程至少需要14 支。為了延續(xù)生命，患者不得不使用如此昂貴的天價(jià)藥。全球單抗產(chǎn)業(yè)的銷售額從1999年12 億美元不斷攀升，2004年103 億美元，2009年400 億美元，2015年980 億美元［2］。這組數(shù)據(jù)顯示生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的良好前景，以此鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)好生物學(xué)，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生感受肩上的責(zé)任。

3 “精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”的價(jià)值體現(xiàn)

3.1 醫(yī)學(xué)價(jià)值 抗原-抗體特異性識(shí)別與結(jié)合是單抗藥物用于精準(zhǔn)治療和診斷的基礎(chǔ)。由于單抗藥物的特異性和靶向性，近年來其在癌癥診斷和治療中具有不可或缺的一席之地。除此以外，其在自身免疫疾病、心血管疾病、器官移植排斥等領(lǐng)域也有了長足的進(jìn)展。例如臨床上用丙種球蛋白預(yù)防病毒性肝炎、麻疹、風(fēng)疹；用類風(fēng)濕因子診斷類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎；還可用于治療免疫缺陷性疾病等。

然而單抗并非盡善盡美。臨床上最早使用的單抗是鼠源性的。1986年首個(gè)鼠源單抗藥物誕生，人體使用存在免疫排斥反應(yīng)。1984年出現(xiàn)嵌合重組抗體技術(shù)，直到1994年美國才批準(zhǔn)首個(gè)嵌合抗體藥物上市。1997年首個(gè)人源化單抗藥物誕生，這是利用蛋白質(zhì)工程對鼠源性的抗體基因進(jìn)行人工改造，運(yùn)用基因工程大量制備獲得的。這項(xiàng)工程技術(shù)的不斷成熟正推動(dòng)著單抗藥物在醫(yī)學(xué)診斷治療中的飛速發(fā)展。

3.2 情感教育價(jià)值 單抗藥物是針對某一特定疾?。ê芏喽际切”娀后w）的診斷與治療，因其使用范圍非常有限，藥物研制的高昂成本推高了藥物的價(jià)格。電影《我不是藥神》從社會(huì)的角度，反映了普通百姓用不起天價(jià)抗癌藥的心酸，也反映了制藥企業(yè)因研發(fā)成本高昂無法大幅降價(jià)的無奈。這組矛盾的沖突可作為鼓勵(lì)學(xué)生的基點(diǎn)，讓其體會(huì)到高中階段所學(xué)的生物學(xué)知識(shí)，將來大有用武之地。也許有一天單抗藥物就像抗生素一樣普及，這將福澤千千萬萬需要治療的患者。通過課堂鼓勵(lì)學(xué)生參與社會(huì)熱點(diǎn)話題，逐步培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

從人類醫(yī)學(xué)的發(fā)展史不難看出，科技的飛速發(fā)展改善人們的生活，也改變?nèi)祟惿畹沫h(huán)境。環(huán)境和環(huán)境生物也正以前所未有的速度與人類一起演化，并反作用于人類。人類不可能將所有疾病及相關(guān)的病原微生物徹底消滅，唯我獨(dú)尊。通過課堂教學(xué)，學(xué)生能體會(huì)到只有遵循生命發(fā)展的規(guī)律，與自然和諧共存，逐步構(gòu)建結(jié)構(gòu)與功能、穩(wěn)態(tài)與平衡、進(jìn)化與適應(yīng)的科學(xué)觀念。

3.3 對“精準(zhǔn)教學(xué)”發(fā)展的啟示 醫(yī)學(xué)需要靶向和精準(zhǔn)，教學(xué)也是如此。教學(xué)也要提倡“精準(zhǔn)教學(xué)”?！熬珳?zhǔn)教學(xué)”是20世紀(jì)60年代提出的一種教學(xué)方法。是指教師根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)、教材和學(xué)生情況，遵循教學(xué)認(rèn)知規(guī)律，聚焦課堂教學(xué)價(jià)值，把握教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，構(gòu)建教學(xué)結(jié)構(gòu)，細(xì)化教學(xué)流程，促進(jìn)學(xué)生獲得整合、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的活動(dòng)過程。即教學(xué)目標(biāo)精準(zhǔn)、教學(xué)過程精準(zhǔn)、教學(xué)效果精準(zhǔn)。教學(xué)的靶點(diǎn)就是個(gè)性化的學(xué)生，教師應(yīng)精細(xì)化研究學(xué)生的共性和差異，精準(zhǔn)指導(dǎo)教學(xué)過程的開展、教學(xué)目標(biāo)的落實(shí)和教學(xué)效果的反饋。

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，“精準(zhǔn)教學(xué)”將迎來春天。用人工智能助力教學(xué)發(fā)展，以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)采集、發(fā)展性評(píng)價(jià)、個(gè)性化學(xué)習(xí)資源推薦等，為學(xué)生提供個(gè)性化學(xué)習(xí)方案，為教育工作者減負(fù)增效，真正將精準(zhǔn)教學(xué)、因材施教落到實(shí)處。