2023年2月24日，国际学术期刊《细胞与分子生命科学》在线发表了中国科学院广州生物医药与健康研究院刘兴国研究组的最新研究成果，题为《线粒体融合提供由mtDNA控制的“初始代谢互补”》。该研究揭示了线粒体疾病中的线粒体功能互补机制，首次发现了一种新的线粒体功能互补模式，即“初始代谢补偿”效应及其调控机制。这一发现为线粒体间的物质交换和功能补偿效应带来了“概念性”的突破，为线粒体疾病的治疗提供了理论基础和新的靶点。
线粒体被称为真核生物的“能量工厂”，是细胞内能量货币ATP的主要产生场所。它们不断进行融合和分裂，呈现出线状或粒状的形态。线粒体内含有独立的遗传物质——线粒体DNA。线粒体DNA的突变不仅与衰老及多种退行性疾病（如帕金森病、阿尔茨海默病）相关，还能引起超过150种遗传疾病（如LHON视神经萎缩症、线粒体脑肌病、线粒体肝病）。与核基因突变不同，线粒体DNA突变往往是异质性的，导致细胞内同时存在野生型和突变型线粒体DNA。在各种线粒体DNA突变引发的疾病中，均存在“阈值效应”：只有当线粒体DNA突变积累到一定比例时，细胞的线粒体呼吸功能才会受到影响，临床症状才会显现。“阈值效应”作为线粒体疾病的重要特征，早已被发现。基于此，有研究者曾提出线粒体之间通过融合实现物质交换以达到互补的假说，但其可能的模式与机制至今仍是一个未解之谜。
刘兴国研究组建立了新的细胞模型，并应用新的成像学方法，发现当线粒体的DNA丧失功能时，它们之间的同源融合能力显著降低，但与正常线粒体的异源融合能力却保持在较高水平，从而在短时间内实现代谢功能的补偿，这一现象被称为“初始代谢补偿”。该研究揭示了线粒体疾病中“阈值效应”的线粒体功能互补机制：首先是短期的“初始代谢补偿”，其次是长期依赖于正常线粒体DNA表达的补偿。更为重要的是，研究组将“初始代谢补偿”作为线粒体疾病的新治疗靶点，筛选出了新的候选基因药物及小分子药物。
该研究得到了中国科学院、科技部、国家自然科学基金、广东省及广州市的经费支持。