细菌如何进入休眠、又如何苏醒？传统观点认为营养耗尽本身是启动休眠的直接原因。北京大学生命科学学院昌增益团队发表在Scientific Reports的研究“A metabolite-pair controlled quiescence switch via ATP-dependent phase separation”颠覆了这一认知：真正触发休眠的，是氨基酸氧化代谢产生的两种“废物”——铵离子（NH₄⁺）和碳酸氢根（HCO₃⁻）。两者协同耗竭细胞内ATP，解除ATP作为“生物助溶剂”对特定蛋白质的增溶保护，驱动选择性相分离，组装成“复苏延迟体”，使细菌进入可逆休眠。该研究将氨基酸氧化副产物、ATP的非能量功能与蛋白质相分离直接联系，揭示了一种不依赖复杂转录调控的、可逆的物理化学休眠开关。

几年前，昌增益团队在研究细菌分裂蛋白FtsZ动态组装时，意外观察到一种仅在休眠细菌中出现的亚细胞结构，命名为“复苏延迟体”。2019年，该团队报道了这一结构：它形成于非生长细菌中，暂时收纳多种参与生长和代谢的蛋白质；当细胞恢复生长时，结构解体，释放相关蛋白质。

然而，复苏延迟体形成的上游触发机制一直未知。在国家自然科学基金委原始创新探索项目资助下，团队通过系统测试和排除各种可能的诱发试剂，最终锁定了一对看似普通的代谢副产物。

图1 大肠杆菌中的复苏延迟体。 绿色荧光标记细胞分裂蛋白FtsZ。在休眠细菌中，FtsZ聚集于复苏延迟体内；在复苏细菌中，复苏延迟体解体，FtsZ重新参与细胞分裂（图片由实验室已毕业的余家钰博士提供） 

大肠杆菌在糖类耗尽、转而主要利用氨基酸供能后，会积累NH₄⁺和HCO₃⁻。实验表明，单独添加其中一种，均不足以诱导复苏延迟体形成；但两者同时存在时，诱导效率与完整培养液相当，ATP水平显著降低，复苏延迟体大量组装。这种“与门”逻辑意味着，细胞只有在氨基酸氧化代谢真正活跃时才会触发休眠。

值得注意的是，将细胞置于无营养缓冲液中，其ATP水平维持正常，也不形成复苏延迟体。这一结果直接否定了“营养耗尽本身足以触发休眠”的传统观点。

ATP在毫摩尔浓度下能帮助部分蛋白质保持溶解，发挥“生物助溶剂”功能。NH₄⁺和HCO₃⁻协同作用，突破细胞的代偿能力，造成ATP耗竭。ATP水平下降后，部分蛋白质选择性相分离，组装成复苏延迟体；而另一些蛋白质则不受影响。补充ATP可完全溶解凝聚体，恢复生长。

追踪活细胞中的变化发现，ATP下降发生在复苏延迟体形成之前。化学解偶联剂CCCP以及TisB、DinQ、ShoB等耗竭ATP的毒素均可诱导复苏延迟体形成，而HipA、RelE等不耗竭ATP的毒素则不能，证实ATP耗竭是充分触发条件。

图2 复苏延迟体的形成与解体及相关代谢模型。 氨基酸氧化产生的NH₄⁺和HCO₃⁻协同降低ATP水平，促使部分蛋白质发生相分离，组装形成复苏延迟体；ATP水平恢复后，该结构解体。机制图同时展示了自我增强代谢回路及协同干扰能量合成的模型，其中反馈环节和协同作用的具体机制仍待验证

复苏延迟体的定义性特征是：组分蛋白质以折叠状态进入凝聚体。光交联实验显示，FtsZ在复苏延迟体内保持晶体结构定义的邻近关系；分子伴侣DnaK、ClpB、ClpP不富集于其中。这意味着，复苏延迟体的解体不需要分子伴侣介导的重新折叠，也不需要新蛋白质合成——ATP恢复后，凝聚体直接溶解，相关蛋白质立即恢复功能。这种“即插即用”的机制，与经典的内在无序区域驱动的凝聚体形成鲜明对比，代表了一种此前未被充分认识的相分离类别。

研究还揭示了同一群体中细菌复苏快慢不同的机制。休眠时初始ATP水平越低，ATP恢复及复苏延迟体解体所需的时间通常越长。这为理解细菌持留的异质性提供了物理基础：休眠深度并非随机，而是与初始ATP水平定量相关。

在酿酒酵母中，NH₄⁺和HCO₃⁻共同作用同样引起ATP下降，并使细胞恢复生长的时间延后。这些初步结果提示，类似过程可能参与真核细胞休眠。研究者还提出，NH₄⁺和HCO₃⁻的协同耗能效应也可能为氨毒性机制提供新线索。

该论文上线次日，科学记者George Semaan在Daily Neuron撰写长篇报道，以《细菌故意耗尽电力以求生》为题介绍该工作。报道特别指出：休眠不是饿出来的；该回路不需要特定调控蛋白，预期存在于任何以蛋白质为燃料的生物中；复苏延迟体收纳的是折叠完整、随时可用的功能蛋白；初始ATP越高苏醒越快，群体由此自然形成苏醒时间的分散。

该研究提出了一个概念性框架：休眠不是被动进入的“默认状态”，而是由特定代谢物对主动触发的“状态开关”。从“废物”到“信号”，NH₄⁺和HCO₃⁻这对看似普通的代谢副产物，竟是细菌休眠的主动开关。这一发现不仅为理解细菌持留和抗生素耐受提供了新视角，也为探索抑制复苏延迟体形成或促进其解体的干预方法提供了依据。

该论文的第一作者为北京大学生命科学学院王梦媛博士、赵莹博士生和刘洋老师，通讯作者为昌增益。