撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

長期以來，我們都知道，運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)涉及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中突觸強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)調(diào)整。突觸在反復(fù)激活后會(huì)增強(qiáng)的活動(dòng)依賴性突觸強(qiáng)化（Synaptic Potentiation） 是記憶和技能形成的基本過程。但同樣重要的是，大腦必須要有能力防止這些突觸在強(qiáng)化后出現(xiàn)不適當(dāng)?shù)?strong>突觸去強(qiáng)化（Synaptic Depotentiation） ，以確保新獲得的技能得以保留而非喪失。

在運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)（ Motor Learning，指通過反復(fù)練習(xí)和經(jīng)驗(yàn)積累，個(gè)體逐漸掌握、優(yōu)化和鞏固運(yùn)動(dòng)技能的過程）期間，控制這種突觸強(qiáng)化與突觸去強(qiáng)化之間微妙平衡的分子和細(xì)胞機(jī)制，在很大程度上仍然是個(gè)謎。

2025 年 10 月 13 日，深圳灣實(shí)驗(yàn)室甘文標(biāo)團(tuán)隊(duì)在 Nature 子刊Nature Neuroscience上發(fā)表了題為：Astrocytic Ca2+ prevents synaptic depotentiation by limiting repetitive activity in dendrites during motor learning 的研究論文。

這項(xiàng)開創(chuàng)性研究揭示了星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)的鈣離子（Ca2+）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在與學(xué)習(xí)相關(guān)的突觸過程中充當(dāng)“守門人”的角色，特別是在運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)任務(wù)中防止突觸去強(qiáng)化。這一新發(fā)現(xiàn)極大地改變了我們對星形膠質(zhì)細(xì)胞如何在活體大腦中維持和優(yōu)化突觸強(qiáng)度的理解，表明它們在塑造運(yùn)動(dòng)技能獲取所依賴的神經(jīng)回路方面具有至關(guān)重要的作用。

星形膠質(zhì)細(xì)胞的鈣離子（Ca2+）活動(dòng)，可調(diào)控活動(dòng)依賴的突觸可塑性，但其在活體大腦的學(xué)習(xí)相關(guān)突觸變化中的作用，目前仍不明確。

突觸強(qiáng)化（Synaptic Potentiation），是大腦通過反復(fù)刺激和經(jīng)驗(yàn)積累增強(qiáng)神經(jīng)元連接的過程，而突觸去強(qiáng)化（Synaptic Depotentiation），則是其相反現(xiàn)象，表現(xiàn)為神經(jīng)元連接因長期未使用而逐漸減弱。

在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可誘導(dǎo)小鼠大腦運(yùn)動(dòng)皮層第 5 層錐體神經(jīng)元頂端樹突的突觸強(qiáng)化（Synaptic Potentiation），同時(shí)引發(fā)星形膠質(zhì)細(xì)胞 Ca2+ 水平的升高。降低星形膠質(zhì)細(xì)胞 Ca2+ 水平會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練期間的突觸去強(qiáng)化（Synaptic Depotentiation），并進(jìn)而損害運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的改善。

值得注意的是，突觸去強(qiáng)化現(xiàn)象僅發(fā)生在部分具有重復(fù)樹突 Ca2+ 活動(dòng)的樹突上。在這些樹突上，在樹突 Ca2+ 活動(dòng)之前已激活的樹突棘會(huì)經(jīng)歷 CaMKII 依賴的體積縮小。此外，腺苷受體的激活可阻止由星形膠質(zhì)細(xì)胞 Ca2+ 減少引起的重復(fù)樹突 Ca2+ 活動(dòng)和突觸去強(qiáng)化，這表明星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放的 ATP 和腺苷信號(hào)參與了這一過程。

從轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)角度來看，這些發(fā)現(xiàn)為靶向星形膠質(zhì)細(xì)胞信號(hào)通路以治療中風(fēng)、神經(jīng)退行性疾病或運(yùn)動(dòng)功能障礙綜合征等疾病開辟了新途徑，通過調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞的 Ca2+ 或腺苷受體活性，可能有助于恢復(fù)正常的突觸功能，并通過增強(qiáng)學(xué)習(xí)和恢復(fù)期間功能性突觸的穩(wěn)定來促進(jìn)康復(fù)效果。

綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)揭示了星形膠質(zhì)細(xì)胞 Ca2+ 通過限制學(xué)習(xí)過程中的重復(fù)樹突活動(dòng)來防止突觸去強(qiáng)化的功能。這些見解不僅對運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)有著深遠(yuǎn)的影響，而且對于全面理解大腦內(nèi)細(xì)胞和分子相互作用如何最終促成認(rèn)知、技能獲取和記憶鞏固的綜合過程也具有重要意義。星形膠質(zhì)細(xì)胞 Ca2+ 在防止突觸去強(qiáng)化方面的作用，體現(xiàn)了神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞伙伴關(guān)系對于功能性大腦可塑性至關(guān)重要的復(fù)雜性和精妙性，標(biāo)志著神經(jīng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一個(gè)令人興奮的新篇章。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41593-025-02072-4