《现代药学基础（生物方向）》教学大纲

一、课程基本信息

1. 课程性质

专业必修课，理论课

2. 教学时数及学分

54学时，3学分

3. 授课对象

一年级药学专业学术型及专业型硕士研究生

二、课程简介

     现代药学基础（生物方向）为药学院一级学科药学专业开通的专业学位课，是医学部药学专业学术型及专业型硕士研究生的必修课程。课程针对现代药学生物相关领域设计了专题模块，各模块包含基础理论知识及配套实验方法介绍，力求理论与实践兼顾，旨在为药学专业研究生进行科学研究打下坚实基础，并满足学生继续深造或投身药学领域研发事业中的需求。

本课程包括分子生物学、基因组学、表观遗传学、基因诊断、蛋白质化学、蛋白组学、疾病相关药物研发等现代药学相关的一些发展迅速并十分重要的生物类专题。每个专题由熟悉该领域并在该领域有丰富研究经验的教师或企业专家担任授课。内容取材最新的国内外教材及科技文献，每学年更新补充，确保所有教授内容包括理论知识及研究方法均位于学科最前沿。

三、课程目标

1. 使学生掌握现代药学相关的生物学理论

    通过这门课程的学习，学生应当掌握药学研究中所涉及的关键生物技术的原理和方法，从而具备开展课题研究所需的基本专业知识和技能。

2. 加强学生对理论知识的运用能力

注重锻炼学生的知识关联能力和知识提取能力，使学生具备提出问题、分析问题和解决问题的能力，为学生独立开展科研活动打下基础。

3. 提高学生的自主学习能力

有意识地加强学生的自主学习能力，包括独立思考、查阅文献、归纳总结、表达交流等能力。积极调动学生的主观能动性，使学生能够不断提高自身科研能力，并树立终身学习的理念，与时俱进。

4. 培养学生的批判性思维习惯

注重批判性思维习惯的培养，加强对学生识错能力、纠错能力、及逻辑思维能力的锻炼，避免在今后的实验设计、结论推断过程中犯下逻辑性错误。

5. 使学生树立正确的科学伦理道德观

在教学过程中对学生加强学术道德和学术规范的教育，使学生树立正确的科研伦理道德观，充分了解学术规范涵盖的内容，并养成严谨的科研习惯。

四、课程内容与教学安排

1. 分子生物学基本原理（滕昕辰，4课时）

1.1 中心法则

1.1.1 中心法则概述

1.1.2  DNA的复制

1.1.3 从DNA到mRNA

1.1.4 真核mRNA的加工

1.1.5 从mRNA到蛋白

1.2 真核生物基因组和染色体

        1.2.1 真核生物基因组结构

        1.2.2 真核生物染色体结构

1.3 基因表达的调控

        1.3.1 真核基因转录调控

        1.3.2 真核基因转录后调控

  课堂互动：

Ÿ  线性DNA复制会带来什么问题？

Ÿ  强启动子的含义？

Ÿ  真核生物复杂转录单元的生理意义？

Ÿ  组蛋白修饰是否可以成为转录调控的手段？

Ÿ  如何使用数据库检索基因的基因组序列、转录本序列、编码序列、蛋白序列？如何比对两条及以上核酸或蛋白序列？

Ÿ  如何在细胞内表达外源基因？可选取线性还是环状DNA？外源性DNA需要含有哪些必须原件？

  参考资料:

Ÿ  Molecular Cell Biology (8^th edition), Harvey Lodish et al. W. H. Freeman and Company

Ÿ  Molecular Biology of The Cell (6^th Edition), Bruce Alberts et al, Garland Science, Taylor & Francis Group

Ÿ  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK143764/

Ÿ  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK3831/

2. 分子遗传学技术及应用（滕昕辰，4课时）

  2.1 重组DNA技术

2.1.1  DNA重组的基本步骤

2.1.2  DNA重组的必需材料

2.1.3 聚合酶链反应

2.1.4  DNA重组克隆的验证

  2.2 基因文库的构建及应用

2.2.1 正向遗传学研究方法

2.2.2 基因组文库

2.2.3  cDNA文库

  2.3 基因转录研究技术

2.3.1  mRNA表达量测定方法

2.3.2 转录组水平测定

  2.4 蛋白功能研究技术

        2.4.1 蛋白表达、纯化、鉴定

2.4.2 动物细胞蛋白表达系统

2.4.3 蛋白定位手段

2.4.4 蛋白相互作用

2.4.5 蛋白组学研究

  2.5 基因敲低、敲除、和编辑技术

2.5.1 基因敲低技术

2.5.2 基因敲除技术

2.5.3 基因编辑技术

  课堂互动：

Ÿ  采用单酶切位点进行DNA重组会产生的问题？

Ÿ  在基因组测序之前，如何确定某一基因的生理功能？

Ÿ  cDNA和gDNA文库的适用条件？

Ÿ  如何保证在哺乳动物细胞中引入的外源基因能代代相传？

Ÿ  如何提高RNA干扰效率？

Ÿ  基因编辑的伦理后果？

  参考资料:

Ÿ  Molecular Biology: Principles and Practice (2^nd Edition), Michael Cox et al, W. H. Freeman and Company

Ÿ  Molecular Cell Biology (8^th edition), Harvey Lodish et al. W. H. Freeman and Company

Ÿ  Thomas CR et al. Advances in oligonucleotide drug delivery, Nature Reviews Drug Discovery, 2020, 19:673-694

Ÿ  Gupta D et al. CRISPR-Cas9 system: A new-fangled dawn in gene editing, Life Sciences, 2019, 232:116636

3. 基因诊断原理和方法（孙万平，4课时）

3.1 基因诊断概述

3.1.1 基因诊断的概念、特点及临床意义

3.1.2 基因诊断的应用

3.2 基因诊断主要技术

3.2.1 分子杂交技术

3.2.2  PCR技术

Ÿ  PCR原理及引物设计

Ÿ  荧光定量PCR技术

Ÿ  巢式PCR (Nested PCR)、多重PCR及反向PCR (Inverse PCR)

Ÿ  数字PCR技术

3.2.3 基因芯片技术  

Ÿ  工作原理、优势特点

Ÿ  芯片制备方法及应用              

3.2.4  测序技术

Ÿ   Sanger测序

Ÿ   二代测序技术— Illumina测序原理

Ÿ   三代测序—Nanopore单分子测序技术原理及特点

3.3 基因诊断的应用

        3.3.1 在感染性疾病检测中应用

        3.3.2 基因诊断在肿瘤检测中的应用

        3.3.3 基因诊断在指导个体化用药中的应用

        3.3.4 基因诊断法医学鉴定中的应用

        3.3.5 在食品安全检测中应用

3.4 基因诊断技术发展趋势——POCT诊断技术

3.4.1 等温扩增技术:  LAMP  RPA

3.4.2 CRISPR/Cas系统在基因诊断领域中的应用价值

课堂互动：

Ÿ  Nanopore单分子测序技术原理。

Ÿ  CRISPR/Cas系统应用于基因诊断领域的原理。

Ÿ  采用何种基因检测技术最适合用于肉源掺假检测？

Ÿ  基因条形码技术在中药鉴定的应用。

参考资料:

Ÿ  分子诊断学，尹一兵，高等教育出版社，2011-11.

Ÿ  Molecular Diagnostics (8th edition),George P. Patrinos et al. 

Ÿ  https://b23.tv/gaU4zG

4. 表观遗传与人类疾病（李佳斌，4课时）

4.1 表观遗传学概述

  4.1.1 表观遗传含义

  4.1.2 DNA甲基化

  4.1.3 组蛋白修饰

  4.1.4 非编码RNA

  4.1.5 染色质重塑

4.2 表观遗传与肿瘤

  4.2.1 DNA甲基化与肿瘤

  4.2.2 组蛋白修饰与肿瘤

  4.2.3 染色质重塑与肿瘤

  4.2.4 非编码RNA与肿瘤

4.3 表观遗传与其它复杂性疾病

  4.3.1 表观遗传与自身免疫性疾病

  4.3.2 表观遗传与心血管系统疾病

  4.3.3 表观遗传与神经精神疾病

  4.3.4 表观遗传与代谢性疾病

课堂互动：

Ÿ  生活中有什么现象无法以经典遗传学进行解释？

Ÿ  如何理解表观遗传学？

Ÿ  表观遗传学与经典遗传学的异同？

Ÿ  如何理解DNA或组蛋白修饰？

Ÿ  肿瘤的发生原因及相关的表观遗传因素？

参考资料:

Ÿ  Epigenetics in human disease (Second Edition), Trygve O. Tollefsbol et al, Elsevier Inc.

Ÿ  Chromatin Signaling and Neurological Disorders, Olivier Binda et al, Elsevier Inc.

Ÿ  Michalak EM et al. The Roles of DNA, RNA and Histone Methylation in Ageing and Cancer. Nature Reviews Molecular Cell Biology 2019, 20:573–589.

Ÿ  Valencia AM, Kadoch C. Chromatin Regulatory Mechanisms and Therapeutic Opportunities in Cancer. Nature Cell Biology 2019, 21:152–161.

Ÿ  Anastasiadou E, Jacob LS, Slack FJ. Non-Coding RNA Networks in Cancer. Nature reviews. Cancer 2018, 18:5–18.

5. 表观遗传相关药物研发（李佳斌，4课时）

5.1 表观遗传药物研发概述

  5.1.1 潜在靶点及相关研发介绍

  5.1.2 已上市的表观遗传药物

5.2 表观遗传修饰图谱检测

  5.2.1 DNA甲基化检测

  5.2.2 RNA甲基化检测

  5.2.3 组蛋白修饰检测

5.3 靶向表观遗传的活性分子开发

  5.3.1 靶向DNA甲基化

  5.3.2 靶向组蛋白甲基化

  5.3.3 靶向组蛋白乙酰化

  5.3.4 靶向组蛋白其它修饰

  5.3.4 靶向染色质重塑过程

5.4 表观遗传相关药物研发的新技术和新方法

  5.4.1 蛋白降解靶向嵌合体（Proteolysis-targeting chimeras）

  5.4.2 活性分子筛选新技术

课堂互动：

Ÿ  表观遗传适用于药物研发的最大特点是什么？

Ÿ  对表观遗传领域的热门靶点或已上市（明星）药物是否有过了解？

Ÿ  抗肿瘤药物研发的表观遗传相关的潜在或常见靶点有哪些？

Ÿ  干扰DNA甲基化或组蛋白修饰可以针对修饰的哪些过程？

Ÿ  你知道的活性分子发现的技术方法有哪些？

参考资料:

Ÿ  Epigenetics in human disease (Second Edition), Trygve O. Tollefsbol et al. Elsevier Inc.

Ÿ  Epigenetic Drug Discovery. Wolfgang Sippl, Manfred Jung et al. Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co.

Ÿ  Bates SE. Epigenetic Therapies for Cancer. New Engl J Med 2020, 383:650–663.

Ÿ  Hogg SJ et al. Targeting the Epigenetic Regulation of Antitumour Immunity. Nat Rev Drug Discov 2020, 19:776-800.

Ÿ  Cochran AG, Conery AR, Sims RJ. Bromodomains: A New Target Class for Drug Development. Nature reviews Drug discovery 2019, 18:609–628.

6. 蛋白质提取、分离和鉴定原理及方法（许国强，4课时）

6.1 蛋白质研究的特点

6.2 影响蛋白质提取的因素

  6.2.1 蛋白样品制备的目标和原则

  6.2.2 影响蛋白质提取的外因和外因

6.3 细胞破碎方法及其原理

  6.3.1 超声波破碎的原理

  6.3.2 剧烈的细胞裂解方法

  6.3.3 非机械破碎方法

6.4 蛋白纯化原理和方法

  6.4.1 蛋白质分离纯化特性

  6.4.2 蛋白质分离纯化方法

  6.4.3 蛋白质提取

6.5 蛋白质样品分离方法和原理

  6.5.1 蛋白电泳分离原理和方法

  6.5.2 毛细管电泳

  6.5.3 色谱分离技术

•      离子交换层析(Ion exchange chromatography)

•      亲和层析(Affinity chromatography)

•      尺寸排阻色谱(Size exclusion chromatography)

•      反向色谱(Reverse phase chromatography)

•      疏水作用层析(Hydrophobic interaction chromatography)

•      色谱聚焦(chromato-focusing, CF)

•      多维液相色谱(Multiple dimension LC)

6.6 蛋白浓度测定

  6.6.1 紫外吸收法

  6.6.2 考马斯亮蓝法

  6.6.3 二缩脲试验

  6.6.4 BCA测定法

6.7 蛋白质染色

6.7.1 蛋白质染色原则

6.7.2 银染

6.7.3 负染（锌染）

6.7.4 荧光染色

6.8 常见蛋白质检测方法

6.8.1 丽春红染色

6.8.2 免疫印迹

6.8.3 酶联免疫吸附测定法(enzyme-linked immunosorbent assay)

6.8.4 免疫组化(immunohistochemistry)

6.9 蛋白质芯片

6.9.1蛋白质芯片原理

6.9.2 蛋白质芯片种类

6.9.3 蛋白质芯片应用

课堂互动：

Ÿ 如何分离不同的亚细胞器？

Ÿ SDS-PAGE缓冲液中的各组分有何作用？

Ÿ 常用蛋白抑制剂有哪几类？

Ÿ 如何检测SDS-PAGE胶上的蛋白？

Ÿ Western blot的原理是什么？

参考资料:

Ÿ  《蛋白质组学研究——概念技术及应用》，张玉奎，科学出版社，2020-04-01

Ÿ  《蛋白质组学：研究方法与实验方案》，Jorg Reinders等，科学出版社，2020-03-01

Ÿ  《简明蛋白质组学》，何华勤，中国林业出版社，2011-11-01

7. 蛋白质组学和翻译后修饰（许国强，4课时）

7.1 蛋白质质谱原理

  7.1.1 质谱仪组成

  7.1.2 质谱检测原理

7.2 MALDI-TOF及其在蛋白质鉴定中的应用

  7.2.1 MALDI-TOF组成和原理

  7.2.2 多肽指纹图谱(Peptide Mass Fingerprinting)

  7.2.3 多肽指纹图谱检测蛋白质流程

  7.2.4 影响MALDI-TOF检测蛋白质的因素

7.3 LC-MS/MS及其在蛋白质鉴定中的应用

  7.3.1 Electrospray Ionization (ESI)原理

  7.3.2 Shotgun Proteomics“鸟枪”蛋白质组学

  7.3.3 “鸟枪”蛋白质组学数据分析

7.4 定量蛋白质组学(Quantitative proteomics)

  7.4.1 蛋白质凝胶定量方法(Gel-based approaches)

Ÿ  二维电泳(2D gel)质谱定量

Ÿ  差异凝胶电泳(Difference Gel Electrophoresis, DIGE)质谱定量

  7.4.2  “鸟枪”蛋白质组学定量

Ÿ  非标记定量(Label-free quantification)

Ÿ  同位素标记定量(Isotope labeling quantification)

Ÿ  化学标记定量(Chemical labeling quantification: ICAT, iTRAQ, TMT)

Ÿ  细胞培养稳定同位素标记定量(SILAC quantification)

Ÿ  酶标定量(Enzymatic labeling quantification)

Ÿ  掺杂定量(Spiking quantification)

7.5 针对蛋白质翻译后修饰的药物研发

  7.5.1 针对磷酸化药物研发

  7.5.2 针对泛素化和类泛素化药物研发

  7.5.3 基于蛋白水解靶向嵌合体的药物研发

课堂互动：

Ÿ  质谱检测的是什么？

Ÿ  怎样的物质能被质谱检测到？

Ÿ  什么是翻译后修饰？

Ÿ  如何鉴定蛋白质磷酸化修饰？

Ÿ  蛋白质泛素化有何功能？

参考资料:

Ÿ  Advanced Principles of Proteomics, Steven Tiff, 2019-06-06

Ÿ  Principles of Proteomics, Richard Twyman, 2013-09-16

Ÿ  Protein modification database: www.unimod.org/

Ÿ  Phosphorylation database: www.phosphosite.org/

Ÿ  MS info resource: www.ionsource.com/

Ÿ  ProteinProspector: prospector.ucsf.edu/prospector/mshome.htm

8. 电生理原理和实验方法（孙晓辉，4课时）

8.1 生物电测定技术

  8.1.1 电生理技术检测原理和对象

  8.1.2 电压钳技术原理和方法

  8.1.3 电流钳技术原理和方法

  8.1.4 膜片钳技术原理和方法

  8.1.5 单一单元记录原理和方法

  8.1.6 多单元记录原理和方法

  8.1.7 场电位记录原理和方法

  8.1.8 安培法记录原理和方法

  8.1.9 自动膜片钳技术

8.2 光电联合测定技术

  8.2.1 光电联合检测技术原理

  8.2.2 光电联合检测技术应用

  8.2.3 光遗传学原理和应用

课堂互动：

Ÿ  什么是电生理技术？

Ÿ  哪些技术可用于生物体电信号检测？

Ÿ  在什么情况下应用outside-out模式记录？

Ÿ  电压钳技术能否用于哺乳动物细胞检测？

参考资料:

Ÿ  实用膜片钳技术，刘振伟，军事医学科学出版社，2006-05

Ÿ  Ion channels of excitable membranes (3^rd edition). Bertil Hille, 2001-07-01, Sinauer Associates

Ÿ  Nectow, AR, Nestler, EJ. Viral tools for neuroscience. Nature reviews. 2020, 21: 669-681

9. 动物行为学实验原理和方法（孙晓辉，4课时）

9.1 动物行为学简介

  9.1.1 动物行为学发展简史

  9.1.2 动物行为学的研究对象

9.2 动物行为学研究方法

  9.2.1 学习记忆行为实验原理和方法

  9.2.2 情绪行为实验原理和方法

  9.2.3 运动行为实验原理和方法

  9.2.4 其他动物行为学实验原理和方法

课堂互动：

Ÿ  哪些因素会影响到动物的行为？

参考资料:

Ÿ  Pereira, TD, Shaevitz, JW, Murthy, M. Quantifying behavior to understand the brain. Nature neuroscience. 2020, 23(12): 1537-1549

Ÿ  Kondrakiewicz, K, Kostecki, M, Szadzińska, W, Knapska, E. Ecological validity of social interaction tests in rats and mice. Genes, brain, and behavior. 2019, 18(1): e12525

Ÿ  Arakawa, H. Ethological approach to social isolation effects in behavioral studies of laboratory rodents. Behavioural brain research. 2018, 341: 98-108

Ÿ  Sneddon, LU. Halsey, LG. Bury, NR. Considering aspects of the 3Rs principles within experimental animal biology. The Journal of experimental biology. 2017, 220: 3007-3016

10. 细胞和动物基因操作技术和方法（张丽，4课时）

10.1 细胞转染技术

  10.1.1 转染的简介

  10.1.2 转染的分类；转染的方法

10.2 CRISPR-CAS基因编辑技术原理与应用

  10.2.1 CRISPR/CAS9 技术简介

  10.2.2 基于CAS9的SAM技术

10.3 基因编辑模式动物

  10.3.1 基因修饰小鼠的制备方式简介

10.3.2 CRISPR/Cas9 组成型敲除/敲入；Cre-Loxp条件型敲除/敲入

10.3.2 肿瘤等疾病模型构建与应用：

①小鼠肿瘤模型建立方法；

②抗肿瘤药物的体内药效评价；

课堂互动：

Ÿ  细胞转染技术有哪些？

Ÿ  CRISPR/Cas基因编辑技术能运用于实际中了吗？

Ÿ  何谓基因编辑模式动物？

参考资料:

Ÿ  Wang, H. et al. One-Step Generation of Mice Carrying Mutations in Multiple Genes by CRISPR/Cas-Mediated Genome Engineering. Cell, 2013, 153, 910-918.

Ÿ  Ma, H. et al. Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos. Nature， 2017, 548, 413-419.

11. 神经生物学实验原理和方法（王光辉，8课时）

11.1 神经解剖与形态研究方法

    11.1.1 神经系统基本结构和细胞组成

    11.1.2 神经系统常用形态学染色

11.1.3 脑定位图谱和立体定位技术

11.1.4 光学和电子显微镜在神经系统中的应用

11.2 脑成像研究技术

    11.2.1 脑成像的基本概念和原理

    11.2.2 PET成像

11.2.3 功能磁共振成像

11.2.4 脑电和诱发电位

11.3 神经环路示踪技术

    11.3.1 示踪剂的使用和原理

    11.3.2 脑内细胞标记示踪方法

    11.3.3 神经环路的研究方法

11.3.4 神经投射的示踪

11.3.5 突触传递的示踪

11.4 神经细胞培养

    11.4.1 神经组织的细胞分散

    11.4.2 组织细胞处理和培养

课堂互动：

Ÿ  神经系统形态学特征说明了神经系统的那些特异性

Ÿ  立体定位的关键是什么

Ÿ  脑成像技术的发展未来走向

Ÿ  神经环路对神经系统功能研究的意义

参考资料:

Ÿ  《神经解剖学（修订版）》，李云庆编，第四军医大学出版社，2006

Ÿ  《神经影像学》(Imaging in Neurology)，娄昕、江桂华主译，马林主审，原著Anne G. Osborn、Kathleen B. Digre，北京大学出版社，2019

Ÿ  Wiegert JS, Mahn M, Prigge M, Printz Y, Yizhar O, Silencing Neurons: Tools, Applications, and Experimental Constraints. Neuron, 2017, 95:504-529

12. 心力衰竭的分子病理机制及其药物研发（张慧灵，4课时）

12.1 心力衰竭

  12.1.1 心力衰竭简介

  12.1.2 心力衰竭的临床表现、分级及分期

12.2 心力衰竭的分子病理机制

  12.2.1 神经内分泌变化

  12.2.2 心脏功能结构变化

  12.2.3 心肌肾上腺素β受体信号转导变化

  12.2.4 心肌代谢重构

  12.2.5 心肌兴奋-收缩偶联障碍

  12.2.6 心肌炎症反应

12.3 心力衰竭的药物治疗

  12.3.1 RAAS抑制药的临床应用特点

       血管紧张素Ⅰ转化酶抑制药卡托普利、依那普利

       血管紧张素Ⅱ（AT₁）受体阻断药氯沙坦

       醛固酮拮抗药螺内酯

  12.3.2 β受体阻断药的临床应用特点

  12.3.3 利尿药的临床应用特点

  12.3.4 强心苷类的临床应用特点

  12.3.5 血管扩张药的临床应用特点

  12.3.5 非强心苷类正性肌力药的临床应用特点

12.4 心力衰竭的药物治疗重要进展

  12.4.1 血管紧张素受体/中性内肽酶抑制药

  12.4.2 醛固酮拮抗药

  12.4.3 Sirtuins激动剂

  12.4.4 其他

课堂互动：

Ÿ  根据心力衰竭的分子病理机制，药物作用的靶点有哪些？

Ÿ  为什么β受体阻断药从心衰的禁忌症变成常用药？

Ÿ  心力衰竭治疗一线药物的特点

参考资料:

Ÿ  高等药理学，丁健主编，科学出版社，2020年

Ÿ  Paulus W J. Unfolding discoveries in heart failure[J]. New England Journal of Medicine, 2020, 382(7): 679-682.

Ÿ  Rossignol P, Hernandez A F, Solomon S D, et al. Heart failure drug treatment[J]. The Lancet, 2019, 393(10175): 1034-1044.

Ÿ  Adamo L, Rocha-Resende C, Prabhu S D, et al. Reappraising the role of inflammation in heart failure[J]. Nature Reviews Cardiology, 2020: 1-17.

Ÿ  Dewan P, Rørth R, Jhund P S, et al. Income inequality and outcomes in heart failure: a global between-country analysis[J]. JACC: Heart Failure, 2019, 7(4): 336-346.