多潜能干细胞（PSCs）多能性建立期间，为了满足能量代谢的需要其线粒体结构和代谢方式发生特殊的重塑，线粒体膜电位高，出现超极化现象，这可能是由于糖酵解产生的 ATP 进入线粒体基质后被 ATP 合成酶水解，产生的能量将质子从基质内泵到膜间隙维持较高的膜电位，促进多能性干细胞增殖、 提高其生存能力 。
　　多潜能细胞分化后线粒体动力学和生物产能体系也发生了相应的重塑。由于分化后的细胞维持不同的组织功能需要较多的能量，将要求代谢底物转化为ATP 供能的效率更高。因此，PSCs 分化后线粒体形态结构逐渐发育成熟，线粒体延长呈网状结构，均匀分布于细胞质内，线粒体基质密度高、嵴数量多且结构成熟，通透性转换孔关闭。线粒体通透性转换孔关闭是其成熟的一个重要标志，不成熟的线粒体通透性转换孔开放、呼吸链复合体解偶联。研究发现，PSCs 分化后的细胞线粒体通透性转换孔关闭，使用化学试剂或通过遗传的方法关闭通透性转换孔促进了 PSCs 的分化。
　　另外，PSCs 分化后线粒体代谢功能发生了很大的变化，三羧酸循环代谢途径相关酶、呼吸链复合体亚基基因表达上调，耗氧量和 ROS 产量增加，糖酵解代谢途径相关酶基因表达下调，糖酵解代谢能力下降，能量代谢由糖酵解向氧化磷酸化转变。
　　研究发现，抑制糖酵解关键酶活性促进了 PSCs 分化，抑制氧化磷酸化代谢阻滞了 PSCs 分化、 促进了维持干细胞多能性基因的表达，进一步说明糖酵解向氧化磷酸化代谢途径的过渡是 PSCs 分化的重要特征。
　　目前研究认为 PSCs 糖酵解与氧化磷酸化偶联能力较差，但分化的细胞糖酵解与氧化磷酸化偶联程度较强，PSCs 分化初期细胞增殖、能量代谢下降，解偶联蛋白 Ucp2 表达减少， 同时伴随糖酵解向葡萄糖氧化代谢转变，Ucp2 敲降后降低了 PSCs 经糖酵解代谢的乳酸产量，Ucp2 过表达抑制了氧化磷酸化，阻滞了 PSCs 的分化。 这些结果证明 UCP2 在调控PSCs 分化方面发挥了重要作用，同时说明 UCP2 介导的糖酵解与氧化磷酸化解偶联是维持 PSCs 多能性必需的过程。
　　尽管研究已证明 PSCs 分化后细胞线粒体功能和代谢发生很大的变化，但此过程能量代谢由糖酵解向氧化磷酸化转换的机制尚不十分明确，仍需要深入研究。
　　此外，PSCs 分化期间促进线粒体生物合成的转录因子 Pgc-1a 表达较高，同时线粒体数量、mtDNA拷贝数增加，使用化学物质(SNAP)刺激线粒体生物合成，减少了 PSCs 多能性标志基因表达，促进了PSCs 分化。而且研究发现，调控线粒体生物合成的关键转录因子 Pgc-1a 过表达后促进了小鼠iPSCs 的分化，相反通过降低线粒体转录因子 Tfam和 Pgc-1a 表达则抑制线粒体生物合成， 阻滞了 PSCs的分化。这些研究结果充分说明线粒体生物合成也是 PSCs 分化的一个重要特征。
　　来源：北京标准物质网