孙小迷

【摘 要】Persister cells是指细菌群体中能耐受致死浓度抗生素的小亚群，在感染的复发及慢性感染中扮演重要角色。由于形成机制复杂，并对抗生素表现为不可遗传的表型耐受，由基因突变形成的耐药菌存在本质差异。而这种不发生任何抗药基因突变、仅以非增殖小亚群形式耐受抗生素的现象则称为persistence。本文主要介绍Persister cells的形成机制，为今后的临床研究进行展望。

【关键词】persister cells;persistence;形成机制

1944 年，Joseph Bigger用致死剂量青霉素处理金黄色葡萄球菌，液涂在固体培养基上，发现仍然有极少量菌落生长。在抗生素治疗中存活，去除抗生素后恢复生长。为了区分与耐药菌的不同，将这部分细菌称为“persister cells”[1]。persister cells的数量少于细菌总体的0.1%，persister cells的形成机制复杂，persister cells对抗生素表现为不可遗传的表型耐受，由基因突变形成的耐药菌存在本质差异。目前报道发现存在persistence现象的有结核分枝杆菌、沙门氏菌、衣原体、布鲁氏菌、包柔氏螺旋体、假单胞菌属、大肠埃希菌、葡萄球菌、链球菌以及白色念珠菌等，广泛涵盖了细菌及真菌种群[2-4]。

一、persister cells产生机制

persister cells的形成机制较为复杂，受到多种机制的调控，可以自发随机产生，也可以在外界环境等压力作用下产生。目前对于形成机制的研究尚无定论，但普遍认为与环境压力、氧化应激反应、营养缺乏、SOS反应、毒素-抗毒素系统（toxin-antitoxin module， TA）以及群体感应系统等均可以引发persister cells的形成[5]。

1.毒素-抗毒素系统

TA 系统是目前研究报道最多且较成熟的persister cells形成机制。TA 系统广泛存在于细菌的染色体基因组中，也可以存在于外源DNA 岛如噬菌体转座子超级内含子和质粒中。TA 系统是由2 个基因组成的一对操纵子，其中一个基因编码稳定的毒素蛋白，另一个编码一个不稳定的抗毒素蛋白，毒素一般与抗毒素形成无害的配合体。毒素蛋白可抑制一些重要的细胞功能，如RNA 翻译、DNA 复制、细胞壁及ATP 合成等，导致细菌的生长停滞;抗毒素蛋白可自动调节毒素蛋白的表达并中和毒素蛋白[6]。

当细菌遭遇不利条件时抗毒素被分解或者毒素表达量增多，毒素水平升高，胞内主要的生命活动瞬间被打乱如蛋白质合成、DNA 复制、细胞壁的合成，甚至可以使细菌停止分裂。Persister cells之所以可以在高浓度抗生素作用下存活，是因为persister cells中抗生素作用的活性靶点均失活。研究发现编码毒素的基因过表达后，细菌的休眠比率大大升高。

在毒素-抗毒素系统中，毒素低水平表达会对细胞生产产生确切的抑制功效。但抗生素药物所杀灭细胞以活力细胞为主，因此persister cells在休眠状态下能够有效逃避抗菌药物的冲击作用。

2.SOS 反应

SOS反应是微生物群体细胞DNA 受损后诱导出的一种重要的应急反应，研究发现persister cells的形成与SOS 反应有关。例如：若大肠杆菌的SOS 反应没有被激活，则菌株将很容易被喹诺酮类抗生素所杀灭而减少持久性。还發现抗生素浓度的动态似乎对SOS 反应诱导的持久性至关重要，因为在高浓度的抗生素面前，只有1% 的菌株诱导了SOS 反应。从而说明persister cells的出现是一种随机事件。

3.群体感应系统

QS（细菌群体感应）机制是指细胞细胞产生、识别、响应被称为自诱导物的细胞外信号分子，并通过信号分子实现细胞-细胞间群体协同反应以应对环境变化的特殊过程。Persister cells的形成受到了群体感应系统或类似机制的调控。对铜绿假单胞菌的研究表明，在培养基中加入两种群体信号分子pyocyanin 和acyl-homo-serine lactone 3-OC12-HSL，都能通过激活PYO 群体感应系统显著提高培养物的persister cells水平[7]。不过，群体感应系统通过何种途径调控persister cells形成的机制尚不明确有待进一步研究。

二、结语

Persister cells对临床的威胁巨大且难以清除成为研究的热点问题，由于它的形成机制较为复杂，因此，今后的研究重点及难点是继续阐明persister cells形成的深层机制。如果从其形成机制出发，是否可以清除persister cells，需要进一步实验证明。

【参考文献】

[1]Bigger JW.Treatment of staphylococcal infections with penicillin by intermaittent stefilisation.Lancet，1944，244（6320）：497.500.

[2]Monack DM，Mueller A，Falkow S.Persistent bacterial infections： the interface of the pathogen and the host immune system[J].Nat Rev Microbiol，2004，2（9）： 747.

[3]Palmer GH，Bankhead T，Lukehart SA.‘Nothing is permanent but change-antigenic variation in persistent bacterial pathogens[J].Cell Microbiol，2009，11（12）：1697-1705.

[4]Helaine S，Kugelberg E.Bacterial persister cells：formation，eradication，and experimental systems[J].Trends Microbiol，2014，22（7）： 417-424.

[5]Lewis K.Persister cells.Annu Rev Microbiol，2010，64：357—372.

[6]Hayes F， Van Melderen L. Toxins-antitoxins： diversity， evolution and function[J]. Crit Rev Biochem Mol Biol， 2011， 46（5）：386-408. DOI： 10. 3109/10409238. 2011. 600437.

[7]M？ker N， Dean CR， Tao JS. Pseudomonas aeruginosa increases formation of multidrug-tolerant persister cells in response to quorum-sensing signaling molecules. J Bacteriol， 2010， 192（7）： 1946–1955.