In Alzheimer's disease, increased MAOB activity in reactive astrocytes leads to enhanced GABA release, and blockage of this pathway ameliorates memory dysfunction in mouse models. In Alzheimer's disease (AD), memory impairment is the most prominent feature that afflicts patients and their families. Although reactive astrocytes have been observed around amyloid plaques since the disease was first described, their role in memory impairment has been poorly understood. Here, we show that reactive astrocytes aberrantly and abundantly produce the inhibitory gliotransmitter GABA by monoamine oxidase-B (Maob) and abnormally release GABA through the bestrophin 1 channel. In the dentate gyrus of mouse models of AD, the released GABA reduces spike probability of granule cells by acting on presynaptic GABA receptors. Suppressing GABA production or release from reactive astrocytes fully restores the impaired spike probability, synaptic plasticity, and learning and memory in the mice. In the postmortem brain of individuals with AD, astrocytic GABA and MAOB are significantly upregulated. We propose that selective inhibition of astrocytic GABA synthesis or release may serve as an effective therapeutic strategy for treating memory impairment in AD.

Summary Cognitive flexibility is an essential ability to adapt to changing environment and circumstances. NMDAR has long been implicated in cognitive flexibility, but the precise molecular and cellular mechanism is not well understood. Here, we report that astrocytes regulate NMDAR tone through Best1-mediated glutamate and D-serine release, which is critical for cognitive flexibility. Co-release of D-serine and glutamate is required for not only homosynaptic LTD but also heterosynaptic LTD, which is induced at unstimulated synapses upon release of norepinephrine and activation of astrocytic α1-AR during homosynaptic LTP. Remarkably, heterosynaptic LTD at unstimulated synapses during memory acquisition is required for later repotentiation LTP during reversal learning, laying a foundation for flexible memory and cognitive flexibility. Our study sheds light on the pivotal role of astrocytes in orchestrating multiple synapses during memory formation and determining the fate of consolidated memory to be retained as a flexible memory. Highlights Astrocytes regulate NMDAR tone via Best1-mediated glutamate and D-serine release Activation of astrocytic α1-AR induces heterosynaptic LTD via NMDAR tone Heterosynaptic LTD is required for repotentiation LTP and spatial reversal learning Astrocytic regulation of NMDAR tone is critical for metaplasticity and flexible memory