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组织再生是一个复杂且动态的过程，特别是在个体再生中，这一过程涉及到损伤后的反应以及干细胞的增殖和分化。要实现这样的再生，需要对组织内细胞的命运进行精确的协调，并控制其在再生过程中的位置。多种信号通路，如Wnt和ERK，在再生中扮演了关键角色，并在不同的物种中高度保守。
再生过程中，细胞代谢活动和能量需求发生显著变化。线粒体，作为细胞的能量源和信号中枢，在发育、伤口愈合及干细胞命运决定中发挥着不可或缺的作用。线粒体的动力学平衡和代谢状态，对于这些生物过程至关重要。
具体来说，线粒体的分裂与融合、质量控制及能量的产生，调节着细胞功能和命运。尽管已知线粒体在组织再生中有着重要作用，其具体机制仍未完全清楚。尤其是线粒体动力学如何在个体再生中发挥作用，目前研究甚少。
2024年12月13日，雷凯团队在《Nature Communications》上发表了一篇题为“Mitochondrial Dynamics Govern Whole-body Regeneration Through Stem Cell Pluripotency and Mitonuclear Balance”的研究论文。此项研究揭示了维持正常再生过程中线粒体动力学平衡的重要性。团队研究发现，线粒体动力学平衡不仅影响干细胞的多能性，还对细胞命运选择和组织再生有决定性影响。这提示，通过调控线粒体的动态平衡可以在一定程度上促进再生。
自古以来，人类对再生与长生抱有极大兴趣。神话故事中也常有再生情节，而涡虫这种神奇的生物，实际上就拥有类似无法想象的个体再生能力。无论怎么分割其身体，涡虫都能再生为完整个体，这种能力引来了包括雷凯在内的众多科学家的研究热情。雷凯在其博士后研究期间开始对涡虫的再生能力产生兴趣，并于2018年加入西湖实验室，专注于相关研究。
2019年，雷凯的研究团队刚成立不久，了解到北京大学的团队在线粒体成像和探针技术上取得突破性进展，三方决定共同探索涡虫再生的调控机制。借助先进的成像技术和新型线粒体荧光探针，他们对地中海圆头涡虫进行了详尽研究，这种涡虫拥有约20%的成体多能干细胞。
研究中，通过RNA干扰技术，研究人员发现，降低opa1基因表达会破坏线粒体融合，但不会致命，却显著损伤涡虫的再生能力。在恢复线粒体形态动态平衡后，再生功能得以部分恢复。这表明线粒体动力学在个体再生过程中起着关键调控作用。
进一步探究揭示，线粒体形态变化对再生和干细胞具有显著影响。研究团队将多能干细胞分为Mitolow和Mitohigh细胞，并通过量化分析揭示了两者在再生过程中的动态变化。破坏线粒体形态会削弱干细胞的多能性，从而影响细胞对损伤的增殖反应。
敲降opa1基因后，线粒体动态被破坏，干细胞命运决定受到影响。特别地，opa1敲降导致代谢相关基因和线粒体蛋白基因的表达发生显著变化，合成代谢受阻，未折叠蛋白反应激活。
研究对opa1影响的基因进行注释和功能筛选，提示线粒体动力学或通过细胞核-线粒体信号平衡调控再生过程。研究设想一种模型：个体再生中，线粒体动力学平衡是再生效率的关键因素。
该研究拓展了对线粒体在再生信号传递中的功能认知，为再生及干细胞命运研究奠定了基础。这一发现不仅为疾病治疗带来可能，也为理解生命基本原理开辟了新方向。研究人员期望在未来，能够开发出更有效的再生疗法，甚至延长人类寿命。
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