2019年5月7日，上海药物研究所“药学前沿承嘏讲坛”第二十二讲在承嘏厅举行。哈佛大学医学院张毅教授应邀作了题为“Understanding the Brain Reward Circuit at the Single Cell Level ”的专题报告。蒋华良院士主持报告会，药物所百余位科研人员和研究生参加了本次报告。

　　张毅一直挑战新的研究方向，但始终与表观遗传相关。他在报告中简单回顾了20年以来的科研历程，首先介绍了实验室早期发现并鉴定的一系列组蛋白和DNA修饰酶及其在控制表观遗传中的作用。博后期间他发现了一种新型复合体酶NuRD（1998年发表于《细胞》杂志），同时具有组蛋白去乙酰化酶（HDAC）和ATP水解酶的活性。1999年，他开始独立研究，接连发现了包括PRC2（2002年发表于《科学》杂志）、DOT1L（2003年和2005年分别发表于《细胞》杂志）、PCR1（2004年发表于《自然》杂志）等在内的组蛋白甲基化和泛素化等表观遗传修饰酶。同时，他带领团队开展组蛋白的去甲基化研究，发现了一个带有Jmjc结构域的蛋白质家族具有组蛋白去甲基化酶的活性（2006年发表于《自然》杂志）。接着，他们实验室又开始寻找DNA甲基化逆转的酶，发现Tet家族蛋白具有DNA去甲基化酶的活性（2010年发表于《自然》杂志，2011年发表于《科学》杂志）。由此表观遗传领域的几乎所有重要的修饰酶都被他发现了。之后，他的研究兴趣转向哺乳动物早期胚胎发育和体细胞核移植（SCNT）重编程中的表观遗传修饰和染色质重编程，很快取得一些重要突破性进展，在《自然》和《细胞》等杂志上发表了30多篇研究论文。例如：他们研究发现体细胞中的组蛋白H3K9me3是阻挡体细胞核移植ZGA发生的一大障碍，组蛋白H3K9me3的修饰所介导的基因组印记缺陷是阻挡体细胞核移植胚胎发育的一大障碍，揭示了哺乳动物早期胚胎发育的重要分子机制。

　　2012年，张毅加入哈佛医学院，出于对探索科学未知的强烈兴趣，他又从零开始组建另一个新的团队，从单分子水平研究大脑奖赏回路（brain reward circuit）的生物学机制。他着重介绍了2个研究实例，首先是用scRNA-seq技术分析识别特异性的新型NAc神经元亚型，并研究Tac2+D1 MSN调控对小鼠行为的影响。伏隔核(NAc，nucleus accumbens)是基底前脑的一个较大的核团，连接很多不同的大脑部位，影响大脑的奖赏、喂食、动力、成瘾、焦虑、抑郁等活动。神经元间复杂的联系和功能差异预示着伏隔核内的神经元多样性，而当时人们对伏隔核神经元组成的科学认知很简单，只知道3种类型，无法解释这样简单的细胞组成与多样性功能的关系。张毅教授带领研究团队，采用scRNA-seq技术分析识别成年鼠的NAc组成，发现了NAc的19种非神经元和76种神经元亚型。他详细阐述了scRNA-seq技术如何识别新型NAc中间神经元，而用FISH技术则揭示了不同的中间神经元亚型分布在伏隔核的不同区域。同样利用scRNA-seq技术和FISH技术，他们捕捉和鉴定出新型D1 MSN亚型30种和D2 MSN亚型27种，揭示了MSN亚型的基因表达和空间分布的关系。并由此提出科学问题：基因表达不同的神经元亚型是否存在连接和功能上的差异？他们首先选择Tac2+D1 MSN为研究对象，采用顺行和逆行追踪实验发现伏隔核内的Tac2+ D1-MSN优先连接下丘脑外侧区（LHA，lateral hypothalamic area）；用化学遗传学方法激活或抑制动物体内Tac2+ D1-MSN神经元，并研究可卡因对Tac2+ D1-MSN神经元激活的影响；最后研究可卡因诱发的Tac2+ D1-MSN调控对小鼠运动、焦虑、抑郁等行为的影响，阐明了Tac2+ D1-MSN调控并不能影响焦虑和抑郁相关行为，但特异性的调控可卡因诱发的小鼠运动敏感，抑制Tac2+ D1-MSN激活可以减轻小鼠对可卡因的自我投喂。基于此，实验室正在构建神经元特异的Cre小鼠来研究其基因调控和功能，进而在未来发现更多具有重要生物学功能的神经元。

　　张毅教授介绍的第二项研究实例是发现糖皮质激素调节因子结合蛋白-1（Gmeb1，glucocorticoid modulatory element binding protein-1）是一种重要的多巴胺神经元功能转录调控因子。多巴胺神经元可调节和控制许多重要的行为过程，其中包括运动、认知、奖赏、情感等。研究人员开发了一个用于特异性分离高纯度中脑腹侧被盖区（VTA）多巴胺神经元细胞核的新方法，对其进行基因表达和染色质分析，通过与其它类型神经元的比较分析找到多巴胺神经元特定的基因和调节元件，获得候选调控因子，最后进行功能确证。研究人员构建了病毒AAV -KASH-HA，注射到多巴胺转运体-cre小鼠（Dat-cre），以此实现多巴胺神经元细胞核的特定标记和纯化。用liDNase-Seq技术绘制DNA染色质可接近图谱，鉴定包含启动子DHS的DA富集基因，发现最具潜力的候选转录因子Gmeb1，可能参与调控多巴胺合成、释放、重摄取相关的基因。敲除Gmeb1，多巴胺神经元中的多巴胺合成关键基因Th和Dat下调，行为学实验证实Gmeb1缺失的小鼠出现多种运动功能障碍，如爬杆、转棒、强迫游泳等。

　　报告中，张毅教授风趣地提到，“做人要大气，来我这里学习进修的博士、博士后和访问学者们都可以把自己在实验室学习或研究的东西带走，回到自己的单位去继续开展后续的研究工作。另一方面，当我解决了一个领域的某个重大科学问题后，我就会转向一个新的领域，重新学习新的技术，试图解决新的问题。我乐意承担开拓者的角色，喜欢不断去挑战自我，挑战科学未知。”他胸怀宽广、敢为人先、开拓进取的科学精神令人鼓舞。

　　张毅教授的报告内容丰富，层次分明，引人入胜。会后，研究人员就表观遗传领域的相关问题和设想同他进行了深入探讨。蒋华良院士和耿美玉研究员共同为其颁发了讲坛证书。

　　张毅教授现任美国哈佛大学医学院及波士顿儿童医院Fred Rosen讲席教授、哈佛干细胞研究所研究员、霍华德?休斯医学研究所（HHMI）研究员，为全球表观遗传学领域最杰出的科学家之一。发表高水平论文160余篇，被引用近57000次，H指数101，曾被ScienceWatch评为分子生物学与遗传学领域全球十大高影响力论文作者。

　　本期讲坛由上海药物所主办、新药研究国家重点实验室和中科院受体结构与功能重点实验室联合承办。

哈佛大学张毅教授作主题报告

报告会现场

蒋华良和耿美玉共同为张毅颁发讲坛证书