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星形胶质细胞的钙离子（Ca²⁺）活动调控依赖于神经活动的突触可塑性，但其在活体大脑中学习相关突触变化的作用仍不明确。

基于此，2025年10月13日，深圳湾实验室甘文标教授研究团队在nature neuroscience杂志发表了“Astrocytic Ca²⁺ prevents synaptic depotentiation by limiting repetitive activity in dendrites during motor learning”揭示了星形胶质细胞的钙信号通过限制树突在运动学习期间的重复性活动，防止突触去强化。

作者发现，运动训练会诱导小鼠运动皮层中第5层锥体神经元顶端树突上的突触增强，同时伴随星形胶质细胞的钙离子水平升高。降低星形胶质细胞的钙活动会导致运动训练期间发生突触去强化并继而导致运动表现无法有效提升。值得注意的是，突触去强化仅发生在一部分具有重复性树突钙活动的树突上。在这些树突上，提前活跃的树突棘会在钙活动到来前，通过CaMKII的作用变小。此外，腺苷受体的激活能够阻止因星形胶质细胞钙活动降低所引起的重复性树突钙活动和突触去强化，这表明星形胶质细胞释放的ATP及其转化产生的腺苷信号通路参与了该过程。综上所述，这些发现揭示了星形胶质细胞钙活动在学习过程中通过抑制树突的重复性活动，从而防止突触去强化的功能。

图一 运动训练诱导星形胶质细胞胞体和突起中Ca²⁺的短暂升高

为了研究星形胶质细胞在学习依赖性突触可塑性中的作用，作者首先观察了小鼠在进行跑步机学习任务时运动皮层中的星形胶质细胞钙离子动态变化。

通过AAV5病毒在成年小鼠运动皮层星形胶质细胞中表达钙指示剂GCaMP6f并结合双光子显微镜。作者发现：小鼠跑步时星形胶质细胞的突起和胞体均出现钙瞬变，多在运动开始后5–50秒达峰，后期钙水平虽下降但仍高于静止状态。钙信号持续约数秒，训练15次后小鼠运动协调性提高（前肢间距变窄），钙信号仍持续存在，仅振幅轻微降低。

为排除病毒感染影响，作者在转基因小鼠中特异性表达GCaMP5，同样观察到跑步诱发的钙升高，证实该钙信号源于运动本身，而非病毒感染所致。

图二 运动训练诱导的星形胶质细胞钙瞬变依赖于神经元活动以及内质网中的钙释放

为了探究运动训练诱导星形胶质细胞钙升高的机制，作者对接受跑步机训练的小鼠进行了神经突和星形胶质细胞突起的钙成像。

跑步机训练时，运动皮层神经元钙信号先迅速上升，随后星形胶质细胞钙信号也升高，两者均在第一分钟达峰后逐渐下降。抑制神经元活动（TTX）或增强GABA抑制可降低星形胶质细胞钙响应，表明其依赖于传入和局部神经元活动。

小鼠跑步激活蓝斑核去甲肾上腺素能投射，通过释放去甲肾上腺素作用于星形胶质细胞上的α1-肾上腺素能受体，引发钙升高；阻断该通路或耗竭去甲肾上腺素可抑制钙响应。该过程依赖GPCR/IP3R2信号通路，IP3R2敲除小鼠钙响应显著减弱。

进一步发现，持续激活星形胶质细胞Gq通路（asGq-DREADD或PE处理）虽初期引起钙升高，但随后导致内质网钙耗竭，进而长期抑制后续刺激引发的钙瞬变。因此，运动诱导的星形胶质细胞钙升高依赖于蓝斑-皮层投射、α1受体激活及IP3R2介导的内质网钙释放，而Gq通路的持续激活可通过耗竭内质网钙库来抑制钙信号。

图三 降低星形胶质细胞钙水平会增加运动训练开始后10至30秒内的重复性树突钙活动

研究发现，在运动训练中，降低星形胶质细胞钙活动（通过阻断α1受体、IP3R2敲除或激活asGq-DREADD）并不会普遍引起树突棘缩小，但会使更多树突分支发生整体性棘尺寸收缩。

活体成像显示，这些小鼠的第5层锥体神经元顶端树突在跑步后期出现异常高频钙尖峰（>8次/2分钟），且尖峰间隔缩短、幅度增高，累积钙活动显著增加。而正常情况下，多数树突分支仅产生少量钙尖峰。这表明，星形胶质细胞钙活动降低会解除对神经元树突兴奋性的调控，导致部分树突分支过度激活，从而引发局部突触结构收缩。

图四 腺苷信号参与星形胶质细胞依赖的突触可塑性

树突尖峰的产生受突触输入数量和树突抑制水平的调控。为了深入理解星形胶质细胞钙活动如何在运动训练期间减少重复且增强的树突钙尖峰，作者首先分析了活跃树突上的突触活动。

发现与各自的对照组相比，在哌唑嗪处理、IP₃R2基因敲除以及asGq-DREADD-CNO处理的小鼠中，树突钙尖峰时间窗口内的树突棘钙瞬变频率有增加趋势。当星形胶质细胞钙活动降低时，树突上同时活跃的树突棘比例和活动幅度显著升高，导致部分树突分支出现高频、高强度的钙尖峰，进而引发突触尺寸缩小。

研究发现，运动训练可迅速升高运动皮层细胞外腺苷水平，该过程依赖神经元活动和星形胶质细胞钙信号。腺苷通过A1受体抑制突触活动：激活A1受体（CPA）降低树突和树突棘钙活动，而阻断A1受体（DPCPX）则增强其活动。在星形胶质细胞钙信号受损的小鼠中，激活腺苷受体可防止突触去强化，而阻断A1受体则无法进一步加剧该效应。

综上，星形胶质细胞通过钙依赖性释放ATP/腺苷激活A1受体，抑制突触输入的数量与强度，从而限制树突过度兴奋和突触弱化，维持突触稳态。