被教科書低估的“記憶調控者”！頂刊綜述：星形膠質細胞可塑性在學習記憶中的細胞與分子機制

長期以來，腦科學領域有一個根深蒂固的認知：神經元是學習與記憶的唯一主角。從突觸可塑性、神經環路重塑到記憶印跡（engram）形成，所有關鍵機制都被歸為神經元的專屬能力。而數量龐大、遍布全腦的星形膠質細胞，一直被視作支持細胞，負責清理離子、回收神經遞質、提供營養，像個默默干活的后勤人員。

但 2026 年4月2日發表在神經科學頂刊《Trends in Neurosciences》的重磅綜述 《Cellular and molecular mechanisms of astrocyte plasticity in learning and memory》（星形膠質細胞可塑性在學習記憶中的細胞與分子機制），用海量最新證據徹底顛覆這一認知：星形膠質細胞并非配角，而是擁有完整可塑性體系、深度參與記憶編碼、鞏固、提取全流程的核心調控者。

它會感知、會記憶、會組網、會重塑結構、會調控基因，甚至能精準控制整條神經環路。今天，我們用這篇推文，把這項顛覆性研究一一梳理清楚。

重新定義：可塑性，不再是神經元的專利

學習與記憶的本質是大腦根據外界經驗發生持久的功能與結構改變，即神經可塑性。傳統理論認為，神經元產生動作電位，突觸發生長時程增強（LTP）/ 抑制（LTD），形成神經元集合體與記憶印跡，基因轉錄、蛋白合成、表觀修飾固化記憶。

而這篇綜述明確提出，上述所有神經元標志性可塑性機制星形膠質細胞全都有。星形膠質細胞同樣可以進行活動依賴的信號響應；實現環路水平精準調控；形成類集合體記憶網絡；發生轉錄、翻譯、表觀遺傳的持久重塑；直接影響學習行為與記憶鞏固。

因此，可塑性是大腦的整體屬性，而非神經元專屬。星形膠質細胞，是學習記憶不可或缺的主動參與者。

結構天賦：三方突觸，讓它站在記憶調控的核心位置

星形膠質細胞之所以能深度調控記憶，首先來自它獨一無二的解剖位置 ——三方突觸（tripartite synapse）。

這一結構由三部分組成：突觸前膜（釋放神經遞質）、突觸后膜（接收信號）、星形膠質細胞外周突起（PAPs）。這不是簡單的接觸，而是高度緊密的功能整合，單個小鼠 / 大鼠星形膠質細胞，可包裹數萬至 10 萬個以上突觸結構；大腦皮層與海馬區，70%~80% 的突觸都被星形膠質細胞末梢覆蓋；它不會隨機包裹，而是優先選擇突觸簇，形成多突觸整合功能域。突觸傳遞強不強、信號清不清除、可塑性能不能發生，全由它控制。

更關鍵的是，星形膠質細胞還通過縫隙連接形成龐大的合胞體網絡，可將上百個星形膠質細胞連在一起，甚至跨腦區通信，讓局部的突觸信號，擴展成全腦范圍的記憶協同。

核心語言：鈣信號可塑性 —— 星形膠質細胞調控記憶的核心開關

神經元用電信號（動作電位）通訊，而星形膠質細胞的核心語言是鈣信號（Ca2?）。

它不產生動作電位，卻擁有一套高度精準、學習依賴、可塑可調的鈣信號系統：鈣信號主要發生在微小亞區室，高度局部化；學習過程中，鈣活動會被動態招募、精細化調整；不同腦區、不同行為范式、不同學習階段，鈣信號模式完全不同。

研究發現，恐懼條件化中，星形膠質鈣信號早期被強烈激活，消退訓練時逐漸減弱；空間學習中，海馬星形膠質鈣信號精準編碼獎賞位置；喚醒、探索、新奇情境下，皮層星形膠質鈣活動顯著增強。

更關鍵的是，人為操控鈣信號，可直接雙向控制記憶。科學家使用 DREADDs（設計藥物專用激活受體）技術激活星形膠質細胞Gq 通路 → 鈣信號增強 → 學習記憶能力提升；激活星形膠質細胞Gi 通路 → 鈣信號抑制 → 學習記憶能力下降。

這意味著鈣信號就是星形膠質細胞調控記憶的核心開關。

形態魔法：學習時，它會主動 “縮回觸手” 強化記憶

星形膠質細胞最令人震撼的能力之一，是活動依賴的結構可塑性。

簡單說，它會根據學習行為，主動改變自己的形態。在記憶鞏固（尤其是恐懼記憶形成）時，星形膠質細胞外周突起會從突觸上主動回縮！這一看似后退的動作，卻是強化記憶的關鍵，突起回縮 → 減少對谷氨酸的清除 → 神經遞質停留更久 → 突觸傳遞顯著增強。

回縮過程依賴鈣信號與肌動蛋白骨架，受 ezrin、RAC1、ephrinB1、cofilin 等關鍵蛋白精準調控；更神奇的是，它極度精準，只回縮正在被強化的記憶突觸；優先選擇帶有翻譯裝置的樹突棘；不影響無關環路與突觸。這種選擇性回縮，讓它能精準強化重要記憶，過濾無關信息。

圖1 星形膠質細胞表現出結構可塑性

組網能力：星形膠質集合體

神經元有記憶集合體（ensemble）—— 一群共同編碼某段記憶的神經元集群。而這篇綜述證實，星形膠質細胞也會形成類集合體網絡。

在學習過程中，特定亞群的星形膠質細胞會被選擇性激活，形成功能集群：恐懼學習中，聽覺皮層α7 乙酰膽堿受體陽性星形膠質細胞被特異性招募；杏仁核中，催產素受體陽性星形膠質細胞調控情緒相關記憶；伏隔核中，鈣活動依賴的星形膠質集群調控獎賞與動機行為。

這種網絡有極強的放大效應，杏仁核中僅20% 星形膠質細胞表達催產素受體，卻能通過縫隙連接，讓40% 的細胞共同響應。科學家甚至用AstroLight技術，直接光控這類記憶集合體，改變動物行為。

六、分子深度：從基因到蛋白，它全程寫入長期記憶

短期記憶靠鈣信號與結構變化，長期記憶則需要基因與蛋白的持久改變。而星形膠質細胞，在轉錄、翻譯、表觀遺傳三個層面，全面參與記憶固化。

1. 轉錄可塑性：學習直接改寫它的基因表達。單細胞測序證實，學習會誘導星形膠質細胞特異性表達一組基因，與神經元完全不同；海馬、杏仁核、前額葉的星形膠質細胞，呈現腦區特異性轉錄譜。關鍵分子包括CREB、NFIA、GR（糖皮質激素受體）等直接調控記憶。

2. 局部翻譯：星形膠質細胞的外周突起中，存在mRNA 與核糖體，可以就地快速合成蛋白，不必等待胞體指令。恐懼條件化后，局部翻譯譜顯著改變，直接調控突觸可塑性與記憶提取。

3. 表觀遺傳：把記憶鎖在基因層面。長期記憶的穩定依賴表觀修飾。星形膠質細胞中TET1（DNA 去甲基化） 調控空間學習記憶；組蛋白修飾、染色質重塑，讓記憶相關基因長期穩定表達；嗅覺球中，SOX9 轉錄因子與組蛋白羥色胺化協同調控 GABA 傳遞。

4. 即早基因：神經元用 c-Fos、Egr1 標記活躍細胞，星形膠質細胞同樣會在學習中快速激活 c-Fos，成為記憶激活的分子標志。

圖2 星形膠質細胞的轉錄、表觀遺傳和蛋白質組調控

環路掌控：它是大腦記憶網絡的交通總指揮

記憶不是單個突觸的事，而是全腦環路協同的結果。星形膠質細胞不只是調控單個突觸，而是直接控制整條記憶環路。

它精準調控的核心環路包括：海馬→前扣帶回（ACC）中調控遠程記憶提取；杏仁核（BLA）→前額葉（mPFC）中調控恐懼記憶鞏固；腹側海馬→伏隔核（NAc）中參與獎賞、成癮、認知調控。

在環路層面，它可以選擇性增強興奮性神經元；選擇性調控抑制性神經元；區分不同神經輸入，只對特定環路起作用。它就像大腦里的精準交通指揮，讓記憶信號不亂跑、不混亂、高效傳遞。

顛覆性意義：這項研究，將改變腦科學與疾病治療方向

這篇綜述不只是一篇總結，更是一場范式革命。

1. 改寫教科書：記憶 = 神經元 + 星形膠質細胞協同。過去認為記憶 = 神經元可塑性。現在研究發現，記憶 = 神經元與星形膠質細胞共同可塑性。

2. 打開全新治療方向：阿爾茨海默病、失憶、學習障礙、孤獨癥、成癮、焦慮……絕大多數腦病藥物，都只靶向神經元。未來直接靶向星形膠質細胞的鈣信號、結構可塑性、集合體網絡、基因調控，將成為全新治療策略。

3. 重新理解大腦：膠質細胞不是配角，是核心。大腦的智能，來自神經元與膠質細胞的協作。沒有星形膠質細胞，神經元無法形成穩定記憶；沒有星形膠質細胞，突觸無法高效工作；沒有星形膠質細胞，記憶無法鞏固、無法提取、無法持久。

未來展望：關于星形膠質細胞，我們仍需回答的關鍵問題

盡管現有研究已證明，星形膠質細胞是學習與記憶中不可或缺的可塑性核心，但在這一全新領域面前，仍有大量根本性問題等待科學界一一破解。這些問題，將定義未來神經科學研究的重要方向，也將決定我們能否真正完整理解大腦如何學習、記憶、遺忘與適應。

我們仍需闡明：單個星形膠質細胞如何感知并精準調控特定神經環路的突觸傳遞；鈣信號的情境特異性調控機制與驅動分子是什么；除鈣信號外，膠質細胞是否存在其他環路特異性響應方式；驅動突觸周圍突起可塑性的分子機制，以及其如何選擇性強化或消除突觸。

同時，神經元對星形膠質細胞的反向調控是否涉及轉錄與表觀遺傳、星形膠質細胞是否存在專屬即刻早期基因、不同分子亞型的膠質細胞如何組建合胞體網絡協同工作，也都是未來必須回答的核心問題。徹底解答這些問題，才能真正完整揭示大腦學習與記憶的本質。

https://doi.org/10.1016/j.tins.2026.03.001

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