微生物的生存面临着来自宿主以及自然环境的压力，尤其是受到不断变化的自然环境（如低温、高温、重金属、高渗透压、消毒剂、抗生素等）的挑战。为了适应恶劣环境，一些微生物会选择形成一种低代谢活性但高抗性的生命形式，如芽孢、活的非可培养（VBNC）状态、持留菌等。芽孢是产芽孢细菌（主要是芽孢杆菌属和梭菌属）在环境营养条件缺乏时，在菌体内形成的一种休眠体。芽孢含水量极低、抗逆性强，食品工业也以对芽孢的杀灭效果来衡量产品的灭菌效果。VBNC状态和持留状态是非芽孢形成菌在面对不良环境时形成的一种休眠状态。处于持留状态的细菌对多种药物具有耐受性，从而导致治疗失败。处于VBNC状态的致病菌和腐败菌仍然有造成食品腐败变质及致病的风险，并且当条件适宜时，其可能会恢复为可培养状态，这给食品产业和人类健康造成了严重的威胁。

VBNC状态是非芽孢形成菌处于不良环境时形成的一种休眠状态，是微生物所采取的一种生存策略（图1）。目前发现已有100多种微生物能够形成VBNC状态，包括多种食源性致病菌及腐败菌。传统的细菌培养法被认为是检测食源性致病菌的金标准，但VBNC状态细菌的不可培养性使得这种基于可培养性的检测方法检测不到VBNC状态的细菌，这会导致食品中的细菌含量被大大低估，从而带来微生物风险。目前对于VBNC细胞数的确定都是基于间接方法，即通过测定微生物的活细胞数以及可培养细胞数来间接获得，二者的差值即为VBNC细胞数。

目前已知的可以诱导微生物进入VBNC状态的因素包括温度、营养、pH值、渗透压、氧气浓度、重金属、抗生素、消毒剂、洗涤剂、防腐剂等；除此之外，干燥、巴氏杀菌、紫外照射、高压二氧化碳、脉冲电场、超声波、热超声等食品加工过程也会诱导微生物进入VBNC状态。VBNC状态微生物较常见的特征包括细胞形态改变、代谢活性降低、对外界刺激的抗性提高、基因表达发生变化等。当条件适宜时，比如逆转诱导压力、添加化学物质、与宿主细胞共培养或添加复苏促进因子Rpf，有些VBNC状态微生物能够复苏，重新获得在培养基上生长繁殖的能力。

抗生素持留菌是指在抗生素处理过程中产生的一部分对抗生素有耐受性的细胞。与携带可遗传耐药因子的耐药细胞不同，抗生素持留菌通常在抗生素处理过程中呈现低的代谢活性，这使得它们不需要经历基因突变而能够耐受抗生素。2015年，Ayrapetyan等提出了休眠连续体假说（图2），认为微生物的持留状态与VBNC状态有着密切关系。该假说指出某些环境胁迫（如抗生素处理）会诱导细胞中抗毒素的降解，导致其同源毒素（图2中的红色三角形）被释放，释放的毒素会通过影响细胞新陈代谢来影响细胞的生长。在环境胁迫处理前期，产生耐受性的非生长细胞——持留菌，该状态菌可以在环境胁迫消除后快速恢复生长。然而，如果细胞长期暴露在环境胁迫下，积累的游离毒素量会增加，使细胞的代谢活性进一步降低，导致休眠程度增加，使细胞进入VBNC状态。当环境胁迫去除后，处于VBNC状态的细胞与持留菌相比需要更长的时间实现复苏。

本实验室在对金黄色葡萄球菌VBNC状态形成机制的研究过程中，从VBNC细胞诱导液中分离出了一种蛋白，通过序列比对发现该蛋白属于一种毒素蛋白，并通过实验证明该蛋白会显著影响VBNC细胞的形成。目前，已有大量研究证明TA系统参与持留菌的形成，但有关TA系统与VBNC状态形成关系的报道仍较少。本文将从TA触发系统及TA系统本身在VBNC状态微生物中的表达情况及对VBNC状态形成的作用综述TA系统对微生物VBNC状态形成的影响。

根据毒素与抗毒素的化学组成及二者相互作用的方式，可将TA系统分为8 种类型，其中包括6 种被广泛报道的TA系统及2 种新提出的TA系统，被命名为I～VIII型TA系统。其中，I、III型及VIII型TA系统的抗毒素是RNA，其余5 种TA系统中的抗毒素都是蛋白质；另外，除了最新发现的VIII型TA系统的毒素是RNA，其余TA系统的毒素都是蛋白质。在这8 种TA系统中，抗毒素抑制毒素发挥作用的方式多样，可概括为抑制毒素蛋白的翻译、直接与毒素结合而影响其功能的发挥、干扰毒素与靶标的结合、作为适配器促进毒素蛋白的降解、对毒素进行修饰等。现对每种TA系统中抗毒素与毒素的作用方式进行介绍。在I型TA系统中，抗毒素是RNA，其序列与编码毒素蛋白的mRNA序列是互补的，因此抗毒素可与编码毒素蛋白的mRNA结合，抑制毒素翻译，从而起到调控毒素表达的作用。在II型TA系统中，毒素与抗毒素都是蛋白质，抗毒素蛋白通过与毒素蛋白的亲和结合而抑制毒素的毒性。在III型TA系统中，抗毒素是RNA，能直接作用于毒素蛋白，从而抑制毒素活性。在IV型TA系统中，抗毒素是蛋白质，但是不能直接与毒素蛋白结合，而是通过与毒素蛋白的靶标相互作用，从而间接抑制毒素蛋白发挥功能。在V型TA系统中，抗毒素是一种核糖核酸酶（RNase），可特异性切割编码毒素蛋白的mRNA，阻止其翻译。在VI型TA系统中，抗毒素SocA作为适配器促进酪蛋白裂解酶（Clp）XP对毒素蛋白SocB的降解。不同于以上6 种类型，在Hha/TomB、TglT/TakA以及HepT/MntA这3 种TA系统中，抗毒素（TomB、TakA、MntA）通过对其同源毒素（Hha、TglT、HepT）修饰而发挥对毒素蛋白的拮抗作用，研究者建议将这种类型的TA系统命名为“VII型TA系统”。在大肠杆菌的Hha/TomB TA系统中，抗毒素TomB可氧化毒素蛋白Hha保守的半胱氨酸残基，从而使毒素蛋白失活；在结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis）的TglT/TakA TA系统中，抗毒素TakA是一种新型的非典型丝氨酸蛋白激酶，通过磷酸化毒素蛋白TglT的S78位点而抑制毒素蛋白的活性；在广泛存在于细菌和古生菌中的HepT/MntA TA系统中，MntA抗毒素具有核酸转移酶活性，可将3 个AMP转移到毒素蛋白HepT活性位点附近的酪氨酸残基上，抑制毒素发挥作用。在VIII型TA系统中，毒素SdsR（也称RyeB）和抗毒素RyeA是由相同位点的DNA正负链分别编码的sRNA，因此抗毒素可以与毒素互补形成碱基对以中和毒素的作用。但TA系统的成员并不只有这8 种。

TA触发系统包括spoT、relA、relE、clpA、clpP、lon、ppk和ppx这8 种基因。已有研究表明TA触发系统中的relA、spoT、lon、ppx、ppk与微生物VBNC状态的形成存在一定关系。relA基因编码信号分子鸟苷四磷酸（ppGpp）的合成酶蛋白RelA，ppGpp可以感知环境胁迫、调控DNA复制及转录，是一种可诱导微生物进入持留状态和VBNC状态的应激因子；spoT基因编码的SpoT蛋白具有ppGpp水解酶活性和微弱的合成酶活性；lon编码的Lon蛋白酶是ATP依赖蛋白酶，可以降解II型抗毒素；ppx编码外切聚磷酸酶（PPX），经典的PPX是单功能的，可维持多聚磷酸盐（PolyP）的稳态，另一类是双功能的PPX/鸟苷五磷酸水解酶（PPX/GPPA），PPX/GPPA酶同时具有PPX和GPPA活性，负责产生ppGpp；ppk编码多聚磷酸盐激酶（PPK），可介导PolyP的合成，而PolyP可激活Lon蛋白酶降解抗毒素。Zhang Jingfeng等用氨苄西林诱导阪崎肠杆菌（Cronobacter sakazakii）进入VBNC状态，并比较了阪崎肠杆菌rpoS、spoT、relA、ppx、ppk、lon这6 种基因在对数生长期和VBNC状态下的转录水平，结果发现relA、ppx、ppk、lon、rpoS基因在VBNC细胞中的表达显著上调，而spoT基因在VBNC细胞中的表达没有显著性变化，因此提出了阪崎肠杆菌VBNC状态形成的可能机制，即RelA和PPX/GPPA作用生成ppGpp，ppGpp通过激活PPK来积累PolyP，积累的PolyP可进一步激活Lon蛋白酶使抗毒素降解，由此释放的游离毒素诱导阪崎肠杆菌进入VBNC状态。

本文总结了TA系统对微生物VBNC状态形成的可能影响机制（图3）：在不良环境下，TA触发系统中的基因发生差异表达，引起抗毒素的降解，导致毒素-抗毒素的比例失调，使游离毒素含量增加，这些游离毒素通过抑制DNA复制及蛋白质翻译、促进mRNA断裂、抑制细胞分裂等促进微生物VBNC状态的形成。