大量研究表明ROS、线粒体分裂融合以及细胞凋亡在再生过程中发挥着重要作用。真核细胞的线粒体形成复杂的分枝管状结构网络,不断地发生分裂和融合从而满足不同的生理和病理状态,线粒体的形态维持及变化受到线粒体分裂蛋白(Drp1、Mff、Fis)和融合相关蛋白(Mfn1、Mfn2、Opa1)的调节及影响。多项研究表明线粒体分裂融合在干细胞增殖分化以及在神经再生过程中发挥不可替代的作用,但其在涡虫再生过程中是否有所影响并不清楚。因此本研究采用再生力极强的日本三角涡虫为实验材料来研究线粒体分裂融合对涡虫再生的影响。本研究分别采用荧光染色、免疫荧光、实时荧光PCR以及蛋白免疫印迹等多种技术手段探究了正常以及Mdivi-1和DPI处理后再生不同时间点的ROS含量、活性线粒体数目、脑神经系统发育情况以及线粒体分裂融合基因drp1、mfn1 mRNA水平表达变化以及凋亡发生相关的Bax、caspase3 mRNA表达水平以及蛋白表达水平变化,以发现正常再生过程中线粒体分裂融合作用的时间以及可能相关机制。本研究主要取得的结果如下:1.在正常再生的1-2天及5天,drp1 mRNA表达量显著增加、mfn1 mRNA表达量相应减少的变化情况与线粒体数目增加相一致,说明线粒体分裂融合过程在涡虫头部再生时更加倾向于线粒体的分裂过程使得线粒体数目增加,线粒体数目增加提供再生过程中能量需求。2.当drp1受到抑制会导致头组织再生失败以及脑发育失败,说明线粒体分裂形成的线粒体数量增加与胚基的发生(1-2天)及头部神经系统再生和分化密切相关,可以直接影响再生过程中关键结构的发生,可能是影响了胚基形成时干细胞的增殖分化而影响了头部结构及脑神经的发育。3.Bax和caspase3的表达在正常胚基发育和脑生长分化过程中显著增加。Mdivi-1处理后使二者的表达量在再生关键时期减少,说明线粒体分裂受到抑制后细胞凋亡也受到一定的抑制,且Mdivi-1处理后线粒体数目减少不是细胞内源性凋亡的结果,而是线粒体偏向于融合过程导致的。4.正常再生过程中ROS是涡虫再生需要的,其与线粒体数目之间存在联系,并影响再生时线粒体分裂融合基因的表达以及Bax诱导的细胞凋亡过程从而对脑神经的再生和组织的重塑造成影响。且其对涡虫再生的影响力没有线粒体分裂抑制后对涡虫再生的影响力大。5.本研究发现在涡虫头部再生过程中drp1表达趋势以及Bax的表达趋势一致,同时Mdivi-1处理抑制线粒体分裂使得bax mRNA表达量以及蛋白表达量减少,进而影响下游caspase3的表达情况。说明线粒体分裂蛋白drp1与Bax之间存在一定的作用关系。结论:正常涡虫头部再生过程中线粒体分裂的发生同胚基的形成和脑神经的再生和发育密切相关,Mdivi-1处理使得线粒体动态更加偏向于线粒体融合过程,影响干细胞增殖分化,导致胚基生成阶段出现障碍,从而影响后期头结构以及脑神经系统的发育。正常再生组织中Bax蛋白诱发的细胞凋亡与线粒体动态变化造成的线粒体数量变化会调控再生过程。ROS含量与线粒体分裂形成的线粒体数目变化是涡虫再生关键时间点的主要影响因素之一,且线粒体分裂对再生的影响力大于ROS含量对涡虫再生的影响力。此外,在再生过程中促凋亡蛋白Bax与线粒体分裂相关动力蛋白Drp1的变化趋势基本同步,二者可能存在一定的联系。