谈家桢生命科学奖

谈家桢
生命科学奖

2017



2017年谈家桢生命科学奖创新奖获得者
罗敏敏研究员
清华大学生命科学学院、北京生命科学研究所

主要学习经历
1995年6月 至 1997年5月 University of Pennsylvania 计算机科学 硕士
1995年6月 至 2000年5月 University of Pennsylvania 神经科学 博士
主要工作及学术经历
1999年12月 至 2004年8月 Duke University Medical Center &Howard Hughes Medical Institute 博士后
2004年8月 至 2005年10月 中国科学院神经科学研究所 研究员
2005年11月 至 2010年5月 北京生命科学研究所 研究员
2010年5月 至 2012年12月 北京生命科学研究所 高级研究员
2012年12月 至今 北京生命科学研究所 资深研究员
2009年3月 至 今 清华大学生命科学学院 教授、终身教授

学术成就和贡献主要包括:
一、 揭示哺乳动物调节性神经系统如何表征奖惩信号并调节奖惩相关行为,提出中脑五羟色胺神经元编码“有益性”的理论,及内侧缰核乙酰胆碱神经元促进恐惧记忆消退的新观点,并发现了神经递质共释放、GABAB这一抑制型受体介导兴奋反应等多个新机制,挑战和扩充了多个有关神经传递的传统理论。
脑干及基底前脑的多巴胺、五羟色胺、及乙酰胆碱能神经元合成及释放神经调质到整个中枢神经系统,调控及组织包括认知、情绪、运动、觉醒及行为稳态。这些神经系统的失常与多种人类精神疾病,如精神分裂、抑郁、注意力缺陷及多动症、巴金森症、痴呆等精密相关。然而这些调节性神经系统是如何调控行为以及它们本身又是如何调节的至今仍很不清楚。罗敏敏瞄准这个关键科学问题展开系统和深入研究,取得一系列突破。
⑴ 发现中缝背核五羟色胺神经元被活性强烈介导奖赏行为且奖赏信号激活,提出其表征环境“有益性”的理论。由Dayan等提出并成为领域内的主流理论认为此类细胞编程惩罚, 和传统的编码奖赏的多巴胺细胞相互拮抗。罗敏敏领导课题组利用光遗传学技术,发现选择性激活此类细胞产生强烈的奖赏,并通过共释放通过谷氨酸强化动物行为,而电生理及光学记录发现五羟色胺细胞被奖赏及奖赏预期选择性激活,而它们的激活快速改变大脑皮层细胞的活动特点。成果发表于Neuron(代表作2,发表于2014,引用112次), J Neurosci. ( 2015), Nat Commun.(2016)。这些结果挑战了五羟色胺细胞编码惩罚的传统理论,罗敏敏在两篇综述中,提出了这些细胞编码环境是否对个体有益的理论,和多巴胺细胞组成并行的奖赏系统。鉴于奖赏信号的处理是动物中枢神经系统最重要的功能,而相关功能的紊乱与抑郁等人类精神疾病精密相关,这些工作显著扩充了对于脑奖赏系统及药物治疗抑郁症的机制的理解,被Annual Review Neurosci 等权威综述大幅介绍。
⑵ 发现了内侧缰核乙酰胆碱能细胞共释放谷氨酸,通过GABAB兴奋促进恐惧记忆消退的功能。这些结果以罗敏敏作为通讯作者身份,发表在 Neuron(代表作,4;2011;封面论文;引用>150次),Cell(代表作1;2016),PNAS (2012), Neuroscience (2009)。通过光遗传学、电生理,及生化手段证明的递质共释放的发现,大幅改写了“一个神经元释放单一经典神经递质”的Dale 原则,被Nature Review Neuroscience, Annual Review Neurosci等多个权威综述及顶尖期刊引用,是神经传递领域近年来最具影响力的工作之一。以及GABAB受体为抑制性受体的教科书提法,揭示了一条传统杏仁核外的恐惧记忆控制环路,提出了治疗创伤后应激障碍的新思路,并由Nature Review Neurosci专文评述。
⑶发现中脑多巴胺细胞及下丘脑POMC细胞对于进食、运动等多种重要行为的调节功能。罗敏敏领导课题组发现C型鸟苷酸环化酶(受体特异地表达在对奖赏行为极端重要的中脑多巴胺神经细胞中,通过蛋白激酶G放大信号有效调节这些细胞的活动状态,而剔除此基因导致小鼠表现出与人类的注意力缺陷及多动症极为相似的行为特征,从而提供了研究人类注意力缺陷及多动症的动物模型,并提示GC-C受体信号转导途径是治疗此类精神疾病的可能靶点,论文发表于 Science(代表作3;2011),论文发表后得到国际媒体广泛关注,并为多动症儿童治病基因提供了直接线索。食物是最主要的奖赏信号,而摄食对于动物的能量平衡和摄食行为极为重要,罗敏敏通过化学遗传学发现下丘脑及脑干的POMC的细胞对于抑制摄食的不同作用,发表于J Neurosci.(2013; 引用>100次)。
二、 在感觉系统方向,发现了嗅觉检测CO2的分子及神经环路机制,揭示了嗅觉信息在嗅球及嗅皮层处理的多个生理特点及环路机制。
⑴ 发现了嗅觉系统检测CO2的分子及神经环路机制,改写了CO2不能被嗅觉检测的教科书说法。通过一系列的工作,揭示了哺乳动物嗅觉系统中的神秘的项链嗅小球系统灵敏检测空气中的CO2,介导躲避行为,以及嗅觉细胞内的完整信号转导途径,包括碳酸酐酶2及GC-D的重要作用,解释了人类为何不能检测CO2。文章发表于 Science(代表作5;2007;引用190次),PNAS(2009;引用87次)等共5篇论文。改写了二氧化碳没有气味的教科书说法,被Nature,BBC等国际媒体广泛报道。
⑵ 发现嗅觉信息在嗅球及嗅皮层处理的多个生理特点及环路机制。首次比较了嗅觉感觉神经元与其对应的嗅球头上神经元对气味信息的表征方式,发现嗅球对感觉系统表征为多个平行通道,而侧抑制锐化了独立通道间的调谐曲线,解决了嗅觉领域的一个长期争论。发表于 Neuron(已被引用89次)并配有专门的视频介绍。
(3) 发现双侧嗅球高度精确的连接,在大脑两侧的嗅觉信息传递中起到重要作用,发表于 Neuron 并配有同期专门的评述文章。此外,揭示了乙酰胆碱能细胞对嗅觉反应的调节,以及清醒小鼠嗅觉皮层处理表征信号的多样性等,发表包括2篇 J Neurosci.等论文。
上述系统性原创工作多次被权威专家和杂志重点评述和引用,引领了领域的发展;罗敏敏也多次应邀为Science,Neuron,Nat Commun.等期刊审稿并为多个权威杂志撰写综述,担任领域顶级期刊 Neuron和主流期刊 Journal of Neurophysiology 的编委,美国神经科学学会的程序委员及两个小组的组长,是重要国际会议的组织者和主题报告人,为中国神经科学在国际舞台上赢得声誉和地位做出突出贡献。在北京生命科学研究所、清华大学-北京大学生命科学联合中心的国际评估中,获得了很高的评价。