Nat Commun丨喝水补充氨基酸可提高记忆？新研究揭示星胶 PI3Kα 通过丝氨酸代谢调控突触可塑性与认知功能|丝氨酸|受体|星胶|氨基酸|线粒体|细胞|胶质

为什么有的人记忆力更好，学习新知识更快？

大脑记忆的形成不只是神经元单独工作，星形胶质细胞这类胶质细胞同样发挥关键作用。日常生活里，衰老、部分神经疾病伴随记忆衰退，除了神经元损伤，胶质细胞代谢异常是否会直接拖累学习记忆能力？

2026年9月4日，西班牙塞韦罗·奥乔亚分子生物学中心José A. Esteban教授团队在《Nature Communications》上发表研究“Astrocytic PI3Kα controls synaptic plasticity and cognitive function via serine metabolism”。

该研究利用条件性基因敲除小鼠模型，证实海马星形胶质细胞 PI3Kα（p110α）可调控细胞糖酵解与线粒体呼吸平衡，该分子缺失会降低 L‑丝氨酸合成，造成 NMDA 受体激活不足，损伤长时程增强效应，引发小鼠空间记忆与物体识别记忆缺陷；体外补充 D‑丝氨酸、体内饮水补充 L‑丝氨酸均可挽回上述表型，建立起胶质细胞代谢、突触可塑性与认知功能之间的关联。

星形胶质细胞PI3Kα缺失会影响神经元和认知吗？

团队利用AAV-Cre-loxP系统，在成年小鼠海马星形胶质细胞中特异性敲除p110α（PI3K的催化亚基），构建p110αaKO模型。

结果显示，敲除后星形胶质细胞存活率、细胞骨架形态、GFAP 表达水平均无显著变化，说明 p110α 缺失不会造成星形胶质细胞损伤。但海马 CA1 区锥体神经元树突棘密度下降、树突棘长度增加，树突总长度无改变。行为学检测显示，小鼠自发活动、运动能力、工作记忆、社交能力及社交记忆均正常；但新型物体位置、新型物体识别任务表现显著下降，提示海马星形胶质细胞 p110α 缺失特异性损伤空间记忆与物体识别记。

因此，海马星形胶质细胞p110α敲除导致树突棘密度下降、形态改变，并特异性损伤空间记忆与物体识别记忆。

p110α缺失如何影响突触可塑性？

接下来，团队检测Schaffer-CA1通路的电生理特性。

p110α aKO小鼠基础突触传递、长时程抑制 LTD、突触前释放功能均未改变；但 theta‑burst 刺激诱导的长时程增强 LTP 显著受损。进一步分析发现，LTP 诱导过程中 NMDA 受体激活幅度提升不足，基础状态 NMDA 受体应答不受影响，提示高强度可塑性事件对丝氨酸供给有更高需求。离体脑片灌流施加 D‑丝氨酸或其前体 L‑丝氨酸，能够恢复受损的 LTP，并修复 LTP 诱导阶段的 NMDA 受体激活缺陷，直接证明突触损伤源于丝氨酸供给不足。

因此，p110α缺失特异性损伤NMDA受体依赖的LTP；离体补充D-丝氨酸或L-丝氨酸可完全挽救突触缺陷。

体内 L‑丝氨酸补充修复小鼠认知缺陷

接下来，团队对p110αaKO小鼠饮用水添加5 g/L L-丝氨酸，持续处理3周。

结果显示， L‑丝氨酸处理可显著提升敲除小鼠海马 D‑丝氨酸含量，使之恢复至接近对照组水平。行为学复测结果显示，经 L‑丝氨酸干预后，原本受损的新型物体位置记忆、物体识别记忆得到恢复，敲除小鼠的辨别指数和对照组无统计学差异。

该结果证实，体内补充 L‑丝氨酸，能够逆转星形胶质细胞 p110α 缺失带来的认知功能损伤，进一步印证丝氨酸不足是认知缺陷的核心诱因。

p110α缺失如何影响星形胶质细胞代谢？

团队检测原代星形胶质细胞与在体代谢指标。

原代星形胶质细胞与在体葡萄糖成像显示，p110α 敲除后星形胶质细胞葡萄糖摄取减少，乳酸分泌下降，糖酵解通量降低。糖酵解中间产物 3‑磷酸甘油酸是 L‑丝氨酸合成的原料，糖酵解受抑直接限制 L‑丝氨酸生成；丝氨酸合成关键酶 PHGDH、SHMT1 蛋白表达无明显变化，说明丝氨酸下降来自上游代谢改变，不是合成酶表达下调。

电镜观察发现，敲除组星形胶质细胞线粒体体积增大；线粒体氧消耗速率测定显示复合体 II 介导的呼吸、最大呼吸能力显著升高，线粒体氧化呼吸发生代偿性上调。

因此，p110α缺失导致糖酵解↓→丝氨酸合成原料不足→L-丝氨酸↓；线粒体呼吸代偿性↑。