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线粒体在细胞物质能量代谢、细胞凋亡、细胞信号转导等多个方面发挥了关键作用。不同类型细胞中线粒体的结构和功能存在着差异。在体细胞中，线粒体结构为长梭形，主要依赖氧化磷酸化提供能量;而在多能干细胞中，线粒体结构为皱缩状的、不成熟状态，主要依赖糖酵解供能。细胞重编程是实现体细胞由分化状态向多能性状态转变的重要手段。前期研究表明重编程过程中细胞产能由氧化磷酸化向糖酵解转化是多能性获得所必须的。然而，重编程过程中线粒体是如何实现结构和功能的重塑及其对多能性调控的作用机制还不明确。线粒体自噬是指细胞内受损伤或者多余的线粒体，通过自噬途径降解的过程。该过程是细胞内维持线粒体数目、结构和功能稳定的重要途径。ATG3是自噬体形成所必须的酶。在自噬发生过程中，ATG3可以通过特定的结构域介导LC3/GABARAP的脂化作用，进而形成闭合的自噬体。为了研究线粒体自噬在多能性诱导和维持中的作用，我们通过自噬基因Atg3敲除的MEF细胞和多能干细胞模型，研究了自噬介导的线粒体稳态对多能性诱导和维持的影响。 在体细胞重编程过程中，我们通过流式细胞术对SSEA-1阳性细胞分选，观察到细胞内线粒体的质量和线粒体DNA拷贝数会伴随着多能性的获得而降低。当加入自噬的抑制剂3-MA或者阻断剂Baf-A1后，SSEA-1阳性细胞中的线粒体质量和线粒体DNA拷贝数均发生积累，并且重编程效率显著下降。这一结果表明，自噬参与重编程过程中线粒体的数量和质量的调控。 我们进一步应用Atg3敲除MEF细胞模型研究发现，ATG3依赖的自噬是重编程过程中线粒体重塑和多能干细胞线粒体稳态维持的执行者。ATG3缺失导致的自噬缺陷会引发重编程过程中线粒体清除的受阻，进而降低重编程效率。不仅如此，在建立的Atg3敲除的诱导多能干细胞系中，我们也检测到了功能异常线粒体的积累，具体表现为Atg3敲除的iPSC线粒体膜电势降低、线粒体数目增多、ROS产生增多和ATP产生减少。 此外，应用Atg3敲除的ESC我们研究了自噬在ESC线粒体的数目、结构和功能调控中的作用。研究结果表明ATG3缺失的胚胎干细胞的线粒体呈现结构和功能的异常。异常的线粒体导致胚胎干细胞中ROS的累积增加，ATP的产生减少，进而影响多能性基因的表达。这些缺陷最终导致了多能干细胞的自我更新和分化发育能力异常。这些ATG3缺失引起的ESC功能异常能够被野生型的ATG3所恢复，而脂化能力缺失的ATG3突变体不能挽救这些异常。 综上所述，本研究阐明了ATG3在体细胞重编程中线粒体动态平衡调控中的关键作用，首次阐释了自噬在多能干细胞干性维持中的作用机制。