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胚胎干(ES)细胞是来源于哺乳动物早期胚胎的一类具有自我更新能力和分化潜能的细胞,它可以分化为机体的任何细胞类型,并具有发育成完整个体的能力。因此,干细胞拥有着巨大的潜在医学应用价值,其基础研究也广受关注。近年来,代谢调控在干细胞命运决定中的功能日益凸显,但多数研究主要还是集中在代谢中间产物对表观遗传修饰的调控,而能量代谢直接调控多能性的研究还比较少。人们通常认为,在干细胞中糖酵解占据了能量代谢的主导地位,而实际上线粒体对于多能性的维持也十分重要,但相关研究却少之又少。为了探索线粒体与多能性的关系,我们通过生物信息学分析发现,线粒体外膜上的蛋白VDAC1在多能干细胞中是高表达的。VDAC1作为通道蛋白,是线粒体的“孔道”,它能控制多种代谢产物进出线粒体,从而调节能量产生、代谢交叉对话等细胞功能,此外,VDAC1是ATP进出线粒体外膜的唯一通道,对线粒体能量产生至关重要。基于上述调研结果,我们认为,研究VDAC1对细胞多能性的维持与调控是可行的。在本实验中,我们首先探索了VDAC1在小鼠胚胎成纤维细胞(MEF)重编程过程中的表达变化,发现随着重编程的进行,VDAC1的表达逐渐升高。然后我们借用CRISPR/Cas9技术,敲除小鼠ES细胞的VDAC1基因,构建VDAC1缺失的小鼠ES细胞系,并且确定了VDAC1缺失的小鼠ES细胞依旧为正常的二倍体核型。在此基础上,先检测了VDAC1敲除ES细胞系的能量代谢情况,发现VDAC1敲除的ES细胞系相较于野生型,糖酵解能力没有明显变化,而氧化磷酸化能力明显降低。然后通过对细胞克隆形成能力以及多能性基因的表达水平的检测,发现VDAC1的缺失使得其自我更新能力较野生型明显降低。此外,通过比较野生型和VDAC1敲除ES细胞系对于拟胚体和畸胎瘤的形成能力,发现VDAC1缺失会使ES细胞向三胚层分化能力下降。在本研究中,我们成功构建了线粒体通道蛋白VDAC1敲除的小鼠胚胎干细胞系,证明了VDAC1的缺失使得细胞多能性的维持能力和分化能力下降,这可能与VDAC1介导的线粒体代谢相关。为进一步探索能量代谢与多能性的内在机制提供了新的模型。