运用“人类遗传病”培养学生的科学思维与社会责任意识

赵晓康 易琴 谢建平

摘要 就近五年高考题中涉及的人类遗传病及其致病机制进行探讨，为本节课程的教学要点及教学策略提供建议，从而更好地培养中学生的科学思维与社会责任意识。

关键词 人类遗传病 致病机制 高考生物 科学思维 社会责任

中图分类号G633. 91

文献标志码B

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》实施的基本任务是提高每个中学生生物学核心素养。社会责任和科学思维是生物学核心素养的重要组成部分。社会责任要求学生能够以造福人类的态度和价值观对涉及生物学的议题做出合理解释，并能够主动为他人宣讲健康生活和关爱生命等知识。科学思维部分强调，学生应在学习过程中逐步发展科学思维，能够运用科学思维探讨、阐释生命现象及规律。人类遗传病的相关内容是培养学生社会责任和科学思维的良好素材。

1 近五年高考题中涉及的人类遗传病

人类遗传病通常是指由于遗传物质改变而引起的人类疾病，主要分为单基因遗传病，多基因遗传病和染色体异常遗传病。人教版中学生物教材中《必修2.遗传与进化》第五章第三节讲述了人类遗传病。“人类遗传病”一节是学生熟悉遗传变异与人类健康最直接的素材，但教材中对人类遗传病的致病机理讲述甚少，且基因治疗方案只在课后作为阅读材料。综合查阅历年各地高考题发现，人类遗传病在高考题中涉及得不多，但各种类型都有呈现，包括伴性遺传病红绿色盲、常染色体显性遗传病短指症、常染色体隐性遗传病白化病、染色体变异猫叫综合症等（表1）。

2 人类遗传病主要致病机制及基因治疗

2.1 红绿色盲

红视蛋白基因和绿视蛋白基因位于Xq28区域。该基因编码视锥细胞的红绿视锥蛋白，当有光刺激时，该色素分子吸收光子使11-顺视黄醛变为全反式视黄醛，并与视蛋白分离，引起视细胞膜离子通道开放，产生神经冲动。其异常或其启动子异常可导致对长波和中波敏感的光色素无法产生相应的色觉信号。

2.2 血友病

由不同的凝血因子异常导致不同类型的血友病。凝血因子Ⅷ异常导致A型血友病，凝血因子Ⅸ异常导致B型血友病，两者位于X染色体上。点突变、插入突变、基因缺失、基因重排都能导致凝血因子Ⅷ的功能丧失从而导致A型血友病。而B型血友病则是由凝血因子Ⅸ缺失或者点突变导致，点突变影响范围较广，包括导致因子Ⅸ的激活受阻，影响外源凝血系统组织因子激活因子X，影响因子Ⅸ与Ca2+结合及与磷脂膜结合，影响RNA转录及拼接导致因子Ⅸ合成减少等。因子Ⅷ在凝血过程的激活阶段最先被释放，随后与其他因子（包括因子Ⅸ）形成凝血酶原激活物，最后因子Ⅷ参与催化纤维蛋白的形成。

2.3 抗维生素D佝偻病

抗维生素D佝偻病主要由X染色体上内肽酶同源性调磷基因异常导致。PHEX基因突变会增加成纤维生长因子23（FCF23）的含量，FGF23可降低2a型和2c型钠磷共转运蛋白的表达，从而降低肾小管对磷的重吸收，导致磷含量的下降。

2.4 短指症

短指症致病基因参与的信号通路主要有四条：hedgehog通路（hedgehog signaling pathway）、NOTCH通路（NOTCH signaling pathway）、WNT信号通路（wingless-related MMTV integration site signaling path-way）和BMP通路（bone morphogenetic protein signalingpathway）。大部分致病基因参与BMP信号通路。其他短指致病基因通过调控网络联系四条信号通路，最终影响BMP2、lHH、DLX5/MSX2/RUNX2等蛋白的表达，而这些蛋白直接参与指（趾）骨发育。

2.5 白化病

白化病是一组以色素缺失和视力差为主要临床表现的遗传性疾病，包括眼白化病（ Ocular albinism，OA）和眼皮肤白化病（Oculocutaneous albinism，OCA）。高中生物学教材上讲的白化病属于OCA1类白化病，为常染色体隐性遗传。黑色素合成异常是白化病的直接病因。三个酪氨酸酶一类酶参与黑色素的合成，分别是酪氨酸酶（TYR）和酪氨酸酶一相关蛋白1和2 （TYRPI和TYRP2）。酪氨酸在TYR的作用下生成多巴醌和多巴色素，多巴色素在TYRP2和TYRPI的作用下合成5，6-吲哚醌一羧酸，最后形成真黑素。

2.6 遗传病的基因治疗

基因治疗是指用正常的基因取代或修补病人细胞中有缺陷的基因。随着基因编辑技术的日渐成熟，该技术在很大程度上推进基因治疗的发展。但在人教版教材中基因治疗仅呈现于“科学·技术·社会”课后阅读材料，没有引起足够的重视。基因编辑技术是指利用基因编辑工具制造靶向双链DNA断裂，利用细胞修复机制制造DNA的缺失或者将目的基因插入靶向位置。2012年问世的CRISPR/Cas基因编辑系统由于其操作简便、应用广泛，迅速成为基因治疗领域的热点，并获美国FDA首个批准的可用于人体的基因编辑工具。2017年，美国科学家首次运用该系统治愈亨特综合症。2018年瑞士科学家利用该技术来修复地中海贫血症的基因异常。但是CRISPR/Cas的有效性和脱靶效应使得该技术的应用仍然具有挑战性。

3 人类遗传病教学要点及可实施策略

3.1 教学要点

除了给学生讲授人类遗传病的分类（包括基因突变、染色体变异、显隐性）、发病概率的计算和家族系谱图以外，教师还应帮助学生了解遗传病的致病机制、如何攻克人类遗传病与人类遗传病相关职业3个部分。致病机制的讲解可以让学生更深入地了解遗传病的发病原因，并且对细胞生物学中信号通路有初步的认识。基因治疗作为攻克遗传病的主要手段，学生通过学习可以认识到遗传病不是无药可救的，除了可监测、可预防之外，遗传病是有治愈的可能的。虽然，目前关于遗传病的治疗技术尚不成熟，但对基因治疗的学习可以激发学生学习兴趣。对人类遗传病相关职业的了解，如临床医生、基因工程药物开发，可以培养学生良好的职业观。

3.2 教学策略

遗传病致病机制的学习可采取启发式的教学策略。教师可提出问题：遗传物质发生改变如何导致患病性状？引发学生对遗传病深层次致病机制产生兴趣。教师分步骤讲解致病机制中涉及的蛋白及其相互作用，使学生熟悉遗传病形成的致病机制，引导学生了解可以采用基因治疗的方法加以干预。

3.3 培养学生的科学思维

思维是人脑对客观事物一般特性和规律的概括、间接的反应过程。科学思维是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。培养科学思维可以使学生牢固掌握基本知识，提高学生的认知能力和发展智力。在科学思维中，逻辑思维是核心过程。以人类遗传病涉及的致病机制作为培养学生逻辑思维的材料非常合适。

例如，以白化病得学习为例，教师首先创设问题，激发学生思维：为什么白化病基因突变会导致白化病？白化病基因编码什么蛋白质？该蛋白质与黑色素的联系是什么？接着，解释酪氨酸酶是如何影响黑色素的合成，使学生理解酪氨酸酶及其下游蛋白的功能。教师引导学生总结、归纳白化病致病机制中涉及的蛋白质及其他物质，让学生认识到该过程中各种物质的内在相互联系。最后，教师举出遗传病中涉及的酶类及物质，引导学生尝试阐释相应致病机制。学生通过分析，可以提高思维品质的深刻性，牢固掌握遗传病的基本知识，了解基因与表型之间内在的逻辑关系，从而培养逻辑思维能力。

3.4 培养学生的社会责任

社会责任素养是指基于生物学的认识、参与个人与社会事务的讨论，作出理性解释和判断，解决生产生活问题的担当和能力。社会责任的培养目标要求学生能够充分利用生物学知识宣传引导。人类遗传病在人群中普遍存在，仅仅让学生了解掌握人类遗传病的遗传规律还远远不够。致病机制及其基因治疗的学习能够使学生更加深入地掌握遺传病的内在机理，能够为宣传、科普人类遗传病及宣讲如何预防、治疗人类遗传病打下坚实的理论基础。培养学生的社会责任素养，教师可整合校内外资源：①了解医院临床上检测遗传病的方法，有条件的可做遗传病检测、治疗方法的调查，让学生深入了解人类遗传病的致病机制和检测治疗的策略;②走出校园，主动为社区居民宣讲人类遗传病相关知识，培养学生宣传引导的能力。

4 结语

人类疾病与人类健康直接相关。遗传病在遗传与变异章节的最后部分，是学生深入了解遗传与变异的重要材料。教师促进学生理解人类遗传病的发病机制，不仅能够加深学生对遗传变异的认识，让学生了解到遗传病是可检测、可预防、可治疗的，而且能够培养学生的社会责任意识和逻辑思维能力。总之，人类遗传病致病机制的讲解是培养学生核心素养的重要方法。

参考文献：

[1]

Mancuso K，Hauswirth W W， Li Q，et al_Gene therapy forred- green colour blindness in adult primates [J]. Nature， 2009，461（7265）： 784-7.

[2] 中华医学会血液学分会血栓与止血学组、中国血友病协作组.血友病诊断与治疗中国专家共识（2017年版）[J]，2017， 38（5）：364-370.

[3]

Sako S，Niida Y，Shima K R，et al_A novel PHEXmuta-tion associated with vitamin D- resistant rickets [J]. Human ge-nome vanation， 2019，6（1）：9.

[4] Slominski A，Tobin D J，Shibahara S，et al.Melanin pig-mentation in mammalian skin and its hormonal regulation [JIPhysiol Rev， 2004， 84（4）： 1155-228.

[5] Lai X，Wichers H J，SoleI-Lopez M， et al_Structure andFunction of Human Tyrosinase and Tyrosinase- Related Proteins[J]. Chemistry， 2018， 24（1）：47-55.

[6]席海瑞，卢大儒.基因编辑与遗传病治疗[J].科学，2019， 71（1）：19-23.

[7]王丽.从科学思维品质的视角谈高中生物学实验教学的策略[J].生物学教学，2019，（7）：37-38.