大数据时代药物化学教育创新
1药物化学教学内容改革
综合基础知识讲授，增强教学内容的交互性。药物大数据的概念的提出以及相关研究的开展，给现代药物化学教学内容改革提出了新的机遇和挑战。将创新意识、药物大数据的概念融入基础知识教学中，以加深学生对基础知识的理解。每一类型药物的讲授，应以重点药物、经典药物为例，同时将该药物在最新的数据库中进行搜索，进而引出目前该药物的研究前沿。作者在讲授药物结构、命名、合成方法、理化性质、代谢形式等基础知识的同时，着重引导学生思考研究者在药物研发过程中的设计思路、考虑问题的出发点和归属，将该类型药物的发现、发展和衍生化，药物的作用靶点信息，现阶段临床用药、类似药物的研究进展、最新理论和技术等信息进行有机整合，从而将药物设计方法整合入知识点的介绍中。比如在讲解循环系统药物受体阻滞剂的时候，介绍从药物结构数据库PDB数据库中下载和展示受体的三维结构的方法；在讲授抗癫痫药物苯妥英钠时，介绍药物数据库Drugbank中查找相关药物性质的方法，介绍磷苯妥英作为水溶性磷酸酯前药的一个成功实例进行讲授。这样使得前药、药物信息等内容有机、生动的展现出来，也将药物综合知识、药物大数据概念和内容落实到了具体的药物教学中。挖掘药物研发信息，使得教学内容具体生动。从药物大数据中出发，
第 1 页
挖掘以药物发明史、药学新前沿、药物化学家创造的社会价值、药物化学研究的趣事等相关信息，激发药化学习兴趣。比如在青霉素的教学过程中，通过穿插亚历山大弗莱明青霉素的发现过程，教育学生严谨的科研态度和细致的科研观察的重要性；在讲授抗肿瘤药物时，也介绍最新的抗癌药物临床研究，介绍密西根大学王少萌教授基于结构设计策略成功获得强效的、口服的MDM2小分子抑制剂，进而实现成果转让约3.6亿美金的成功案例；在糖尿病药物教学中，列举了最新批准的药物，最近一年的糖尿病畅销药物排行，各药物相关的靶点信息，创造的社会价值，带给学生药学新近动态信息。通过生动的药物发明故事，最新的药学动态数据，让药物化学教学课堂更为生动化、具体化、人性化，从而充分激发学生的兴趣、更加深入掌握药物化学知识。结合科学前沿讲解案例，赋予教学内容创新理念。从大数据中寻找药物研发的历程，将药物的科学研究过程以及最新的进展融于教学中，不断保持教学内容的先进性。在药物化学课程安排中，作者采用了案例教学的方法，安装主要疾病靶标类型，选取药物研发的成功实例，分析药物研发过程，进行案例教学，不仅包括目前临床使用的经典药物，近年来研发的热门药物、靶点，也涉及老药新用、多靶点药物、系统生物学等方面的内容，进行一课一例的专题讲解。以反应停（沙利度胺）药物的讲解为例，一是讲解孕妇使用反应停后抑制了孕吐反
第 2 页
应的同时也产生了海豹胎儿的药物历史上的灾难的经典案例，使学生认识到了手性在药物研发中的重要性；二是突出强调沙利度胺在2019年又被投放到市场，作为多发性骨髓瘤、麻风结节性红斑等病症的治疗，以及2019年FDA还批准了沙利度胺的类似物上市用于多发性骨髓瘤的治疗，是学生了解药物是可以改造、可以优化，甚至可以重新定义适应证、重新回到市场的。三是介绍关于沙利度胺的最新研究成果，包括2019年Nauture上发表了确证沙利度胺的作用靶点为CRBN的研究论著，让学生进一步了解该药物研究最新进展。类似的案例教学是将科学实践来验证课本中的理论，在教学中融入药物化学领域的新信息、新思想和新技术，培养学生的创新意识和创新能力。 2教学方法和手段的改革
充分使用各种药物大数据资源，将药物化学研究的相关数据库应用到药物化学的教学中，其中包括scifind-er、chembl、drugbank等。SciFinder数据库可以透过网络直接查看《化学文摘》自1907年以来的所有期刊文献和专利，以及八千多万的化学物质记录和CAS注册号。Chembl数据库是欧洲生物信息研究所（EBI）开发的免费在线数据库，从大量文献中收集各种靶点及化合物的生物活性数据，为研究者提供了一个非常便利的查询靶点或化合物的生物活性数据的平台。Drugbank数据库中包含了现在上市的或者正在做临床研究
第 3 页
的药物的药代、药效、靶点等相关信息。通过该数据库，学生可以快速了解药物的合成方法、适应证、作用靶点等信息，同时学生也可以通过查阅相关数据库了解类似结构骨架的化合物在药物研发中的研究发展历史和最新的研究前沿。在具体的教学实践中，作者安排了1次讨论糖尿病药物的课程，将学生分成两组，分别在数据库中查找葡萄糖苷酶抑制剂和DPPIV抑制剂的临床应用情况、化合物的合成方法、目前的研究前沿。以项目讨论的方式，分别介绍了这2类药物的情况，充分调动学生的学习积极性，取得了良好的效果。充分利用各种教学科研软件，将现代化教学方法手段应用到药物化学教学中。从2009年开始，笔者所在的教研室编制标准化幻灯片（PPT）课件，并根据每年的科学前沿，更新PPT的内容。此外，作者也在尝试使用其他软件来表现药物化学教学中设计的药物、蛋白结构，包括Chem3D、PyMol等软件。其中，Chemoffice中的Chem3D是一款三维立体分子结构的演示软件。Chemdraw可以从二维的角度观察药物逐步的优化过程，展示药物合成的方法，而Chem3D能够更加直观地从立体上来考察和展示药物功能团变化给立体构型上带来的改变。PyMol是一款显示和分析分子三维结构的软件，应用PyMol软件可以图形化地表达分子动态过程，不仅可以用球棍、飘带等多种方式显示分子三维结构，也可以对蛋白质三维结构进行编辑、修改、显示，更为重要的是还能够清晰的
第 4 页
展示显示药物与受体的结合原理，并能够以三维图形的方式展示分子相互作用的动态过程，使得原本抽象的教学内容直观而又形象地呈现出来。在课程的各个章节的PPT课件中均使用PyMol软件制作蛋白、小分子的三维结构图。通过各种软件的辅助，负责的药物结构、特殊的构效关系，许多语言难以描述的内容，变得形象生动，降低学习难度，突破教学难点，使学生对药物结构有更直观形象立体的了解，加深学生对知识点的理解和掌握。随着大数据产生，云计算的概念和运用越来越广泛，将云计算的教学平台用于现代化的教学中，能够有效的整合利用计算资源，降低了基础资源建设中巨大的软、硬件成本。同时，云计算教学平台能够加速药物设计相关知识更新速度，追踪科学前沿，实现个性化教学的实际需求，将理论知识和科研实践有机地结合起来，能极大地提高学习效率。作者所在的教研室，搭建了药物化学云计算网络课程，学生在登陆云计算服务器后，不仅能够通过网络复习上课课件，也能够通过网络进行课后练习并进行在线作业提交、提问。教师能够通过云计算网络回答学生问题、了解学生学习情况。除了云计算平台之外，云服务辅助教学平台对于信息化教学尤为重要。云服务辅助教学的理念使得课后辅导工具变得多样化，通过时下流行的交流工具如QQ、微信，不但可以保证教师和学生之间的畅通交流，也可以促使学生间的交流。教师可以通过截图、群发辅助学习资料等
第 5 页
大数据时代药物化学教育创新
