南洋模范中学 刘静

以“CAR-T治疗”为例，在高中生物教学中，用科研素材，引导学生对免疫等概念深入理解，培养科学思维。在新课标明确指出“教师要引导学生特别关注与学生现实生活相关的问题，使学生积极思考与生物学有关的社会问题”。像“CAR-T治疗，治疗肿瘤的新型精准靶向疗法，近年在临床肿瘤治疗上取得很好的效果”这样的情境与学生高中阶段所学免疫概念密切相关，又具有一定的复杂性和开放性，正是能力训练的好素材。

首先，笔者进行素材收集，改写成提供给学生的阅读材料，然后提供一系列问题引导学生进行相关概念的整合。

阅读材料 嵌合抗原受体t细胞免疫疗法

人的获得性免疫由体液免疫和细胞免疫组成。体液免疫主要是B细胞分泌的抗体。抗体是一种“Y”字形的小蛋白。而Y字的末端，类似两只“手”的位置，是抗体特异性结合抗原的部位。细胞免疫主要由CD4 T细胞和CD8 T细胞组成。CD8 T细胞负责对异常细胞的杀伤，因此又称为细胞毒性T细胞（Cytotoxic T Lymphocyte）。CTL是通过T细胞受体（T Cell Receptor）和对方的MHC I受体结合来识别异常细胞。MHC I几乎所有的细胞都表达，它相当于细胞的一种“审查机制”。细胞会随机抽取一些细胞内的蛋白，将它们分解成10个氨基酸左右的短肽链，和MHC I受体结合，并一同呈递到细胞膜表面，供CTL审查。如果细胞出现了异常，比如受到病毒感染，或发生癌变，就会产生非己的蛋白。一旦含有非己蛋白的MHC I受体被某个CTL的TCR识别，就会触发CTL的攻击。

抗体和CTL都能识别异常细胞，但是通过不同的机制进行识别的。抗体结合的不一定是MHC I受体，主要通过蛋白的空间结构来识别。而CTL通过MHC I呈递的多肽链识别，主要通过氨基酸序列识别。抗体不能穿过细胞膜，所以只能通过细胞表面的抗原来识别。MHC I虽然也是位于细胞表面，呈递的多肽链可以是来源于任何蛋白，所以CTL可以识别细胞内的抗原。

抗体可以和癌细胞表面的蛋白结合，比如利妥昔单抗，曲妥珠单抗已经成功用于癌症的治疗。这些单抗通过和癌细胞表面的受体结合，抑制癌细胞的增殖。人们希望抗体能杀死癌细胞，而不仅仅是和癌细胞受体结合。但抗体本身并没有细胞杀伤性，而具有细胞杀伤能力的CTL，是通过TCR和MHC I受体的结合识别的。如何使抗体具有细胞杀伤的能力？把TCR和MHC I结合的部位去掉，把抗体和抗原结合的部位嫁接上去，这样的“嵌合抗原受体”T细胞，即CAR T细胞，不就既能像抗体那样识别癌细胞，又能像CTL那样杀伤这些细胞了吗？研究人员真的构造出这样的CAR T细胞。这些CAR T细胞就真的像长了眼睛一样杀伤癌细胞，通过抗体的特异性，而不是TCR的特异性杀伤癌细胞。为了提高药效，研究人员又给原有的CAR受体添加了一些共刺激单位，比如CD28，41BB等等，这些构成了第二代，第三代CAR。

需要说明的是被选为CAR T的靶点的癌细胞抗原不一定只有癌细胞表达，比如治疗急性淋巴细胞白血病的CAR T针对的CD19抗原，是B细胞普遍表达的抗原。因此接受这种CAR T治疗的病人，正常的B细胞也会被屠杀殆尽，所以CAR T疗法是典型的“杀敌一千，自损八百”。为什么不把癌细胞特有的抗原作为靶点，这样不就避免了副作用了吗？这是因为癌细胞是正常细胞突变而来的，大部分抗原都是和正常细胞共享的，癌细胞很少会突变产生全新的膜蛋白。选用自身抗原还有一个好处就是，这些抗原是正常细胞普遍表达的，所以癌细胞绝大部分也会表达这些抗原。比如CD19在超过90%的B细胞白血病都有表达。病人会不会长期缺乏B细胞？由于人的造血干细胞会不断生产免疫细胞，只要CAR T细胞消亡之后B细胞就能恢复。事实上大部分病人在治疗结束之后B细胞都能恢复，只有很少的病人长期（超过一年）缺乏B细胞。这些病人可以通过注射抗体保持免疫力，目前尚不清楚这种B细胞缺乏会持续多久。总的来说使用自身抗原虽然有副作用，这种副作用是可以接受的。CAR T最大的优点是具有极高的应答率。CAR T治疗急性白血病的应答率高达90%以上。此外CAR T还可以改造成多靶点细胞，这点抗体是做不到的。所以CAR T在癌症治疗有非常广阔的前景。

标准的CAR-T治疗流程主要分为以下七个步骤进行:1.评估病人是否符合CAR-T治疗的适应症。2.分离T细胞:通过外周血血细胞分离机从肿瘤病人血液中分离出单个核细胞，进一步磁珠纯化T细胞。3.改造T细胞:用基因工程技术，把一个含有能识别肿瘤细胞且激活T细胞的嵌合抗原受体的病毒载体转入T细胞，即把T细胞改造成CAR-T细胞。4.扩增CAR-T细胞:在体外培养以大量扩增CAR-T细胞。一般一个病人需要几千万，乃至几亿个CAR-T细胞，体重越大，需要细胞越多。5.CAR-T细胞回输入人体:把扩增好的CAR-T细胞通过静脉回输到病人体内，开始进行肿瘤细胞免疫治疗。6.监控反应:严密监护病人身体反应，尤其是细胞输入体内后一至两周内可能发生剧烈不良反应。7.评估治疗效果:多在回输CAR-T细胞后第15天和第30天评估对原发病的治疗效果。整个疗程持续5周左右，其中上述第一步到第三步需要2周，花费时间较长。CAR-T疗法无疑为癌症治疗带来新希望，然而，这种疗法也有严重不良反应，主要是细胞因子释放综合征(也叫细胞因子释放风暴，CRS)和神经毒性。如果处理不及时可能会危及生命。所以输注CAR-T细胞后必须严密监测。细胞因子释放综合征(CRS)发生原因是由于大量CAR-T细胞输入体内，导致免疫系统被激活，释放大量炎性细胞因子，从而使人体产生严重不良反应。该综合征的临床表现包括:高烧，发冷，恶心，疲劳，肌肉疼痛，毛细血管渗漏，全身水肿，潮红，低血压，少尿，心动过速，心功能不全，呼吸困难，呼吸衰竭，肝功能衰竭，肾功能损害等。

教师设置问题

1 CAR-T细胞免疫疗法能对不同肿瘤细胞进行靶向治疗的原因是什么？该过程体现了细胞膜的什么功能？  体现了哪种免疫应答？

2利妥昔单抗，曲妥珠单抗的治疗原理？CAR-T治疗涉及的技术有？

3 放疗是用放射性元素对人体肿瘤的部位进行局部方面的扫描和照射，通过辐射杀死瘤细胞。化疗是通过药物的手段，使药物进入人体血液，并去除人体中的癌细胞。放疗和化疗对人体正常细胞也有杀伤作用。相对于放疗化疗，CAR T在癌症治疗的优点？

4 CAR-T治疗哪些弊端，目前对弊端的相应举措有什么？在临床试验中，部分患者在接受CAR-T细胞免疫疗法后，出现呼吸困难的症状说明该疗法可能对神经系统中的哪部分造成不良影响？

5 为探究机体清除肿瘤是否与体液免疫有关，某实验方案如下：将肿瘤体积大小相同的若干小鼠（体内已有的免疫细胞和造血干细胞已被射线杀死）均分为A、B两组，A组做手术但不切除骨髓，B组切除骨髓，一段时间后比较两组小鼠肿瘤体积大小。该实验方案能否达到探究目的，原因是什么？

问题1，引导学生运用材料信息和课内所学，T细胞表面的抗原受体（CAR)与不同肿瘤细胞表面的抗原特异性结合。体现细胞膜信息交流的功能。体现另外特异性免疫、细胞免疫及人工免疫。

问题2，引导学生对信息进行分析整理。通过阅读材料，利妥昔单抗，曲妥珠单抗用于癌症的治疗，通过和癌细胞表面的受体结合，抑制癌细胞的增殖，且抗体本身没有对癌细胞的杀伤性。CAR-T治疗涉及的技术有转基因技术和动物细胞培养。

问题3，放疗和化疗对人体正常细胞也有杀伤作用。CAR T在癌症治疗的优点：疗效高，特异性强，副反应小。

问题4，引导学生对信息进行分析整理。CAR T治疗会杀伤正常的B细胞，人的造血干细胞会不断生产免疫细胞，只要CAR T细胞消亡之后B细胞就能恢复。对于缺乏B细胞的病人还通过注射抗体保持免疫力。癌细胞很少会突变产生全新的膜蛋白，找到癌细胞特有的膜蛋白是一大挑战。细胞因子释放综合征，输注CAR-T细胞后必须严密监测。在临床试验中，部分患者在接受CAR-T细胞免疫疗法后，出现呼吸困难的症状说明该疗法可能对神经系统中的脑干造成不良影响。

问题5，分析实验设计。该实验方案不能达到探究目的（探究机体清除肿瘤是否与体液免疫有关）。B组切除骨髓后缺乏造血干细胞，B细胞和T细胞均无法形成，体液免疫和细胞免疫都丧失，不能排除是与细胞免疫有关。

科研素材在高中生物课中应用的意义

为学生构建概念体系提供情境，学生对概念的理解到灵活运用，需要在问题情境中对概念进行融会贯通。以“CAR-T治疗”为例，涉及体液免疫，细胞免疫，基因工程，细胞膜功能等概念。结合科研素材的情境，对学生相关生物概念进行整合，帮助学生建立概念体系。

为学生发展科学思维提供素材。提出科学观点，设计实施，对实验结果评价，对不足进行修正，对现象进行分析等都是学生发展科学思维，体验科学论证的方法。“CAR-T治疗”中，“如何使抗体具有细胞杀伤的能力？”把TCR和MHC I结合的部位去掉，把抗体和抗原结合的部位嫁接上去。如何进行基因工程的操作？学生可以提出具体方案，并探讨CAR-T治疗的利与弊。在这个过程中，学生的思维能力得到很好的训练。

为学生社会责任培养提供平台。生物教学很多内容与生活休戚相关。生物学科作为培养学生社会责任的平台，引导学生关注生活，关注健康，将课堂所学用于解决实际问题。

高中生物教学中应用科研素材，是培养学生生物学科核心素养的有效方法。