1、DNA修復(fù)（DNA repairing）是細(xì)胞對(duì)DNA受損傷后的一種反應(yīng)，這種反應(yīng)可能使DNA結(jié)構(gòu)恢復(fù)原樣，重新能執(zhí)行它原來的功能；但有時(shí)并非能完全消除DNA的損傷，只是使細(xì)胞能夠耐受這DNA的損傷而能繼續(xù)生存。也許這未能完全修復(fù)而存留下來的損傷會(huì)在適合的條件下顯示出來（如細(xì)胞的癌變等），但如果細(xì)胞不具備這修復(fù)功能，就無法對(duì)付經(jīng)常在發(fā)生的DNA損傷事件，就不能生存。所以研究DNA修復(fù)也是探索生命的一個(gè)重要方面，而且與軍事醫(yī)學(xué)、腫瘤學(xué)等密切相關(guān)。對(duì)不同的DNA損傷，細(xì)胞可以有不同的修復(fù)反應(yīng)。DNA修復(fù) - 概述 DNA修復(fù) DNA修復(fù)1 圖冊(cè)DNA修復(fù)是細(xì)胞中經(jīng)常運(yùn)行的一種進(jìn)程。它使基因組免受損

2、傷和突變，因此對(duì)細(xì)胞的生存是很重要的。在人的細(xì)胞中，一般的代謝活動(dòng)和環(huán)境因素（如紫外線）都能造成DNA損傷，導(dǎo)致每個(gè)細(xì)胞每天多達(dá)500,000處的分子損害。這些損害給DNA分子造成結(jié)構(gòu)上的破壞，由此可大大的改變細(xì)胞閱讀信息和基因編碼的方式。因此，DNA修復(fù)必須經(jīng)常運(yùn)行，以快速地改正DNA結(jié)構(gòu)上的任何錯(cuò)誤之處。 然而，當(dāng)細(xì)胞老化的時(shí)候，DNA修復(fù)的速度下降，直至趕不上正在進(jìn)行的DNA損傷的速度。這時(shí)，細(xì)胞可能遭受以下三種命運(yùn)之一： 1、不可逆的冬眠，即所謂的衰老 2、細(xì)胞自殺，即細(xì)胞凋亡或程序性細(xì)胞死亡3、癌發(fā)生，或形成腫瘤 人體中的大多數(shù)細(xì)胞先是衰老，經(jīng)歷不可挽回的DNA損傷之后，走向凋亡。在

3、這種情況下，凋亡作為“最后一招”起著防止細(xì)胞致癌而危害機(jī)體的作用。 衰老時(shí)，生物合成和物質(zhì)周轉(zhuǎn)的變更使細(xì)胞的生命活動(dòng)效率降低，這不可避免地導(dǎo)致疾病發(fā)生。一個(gè)細(xì)胞的DNA修復(fù)的能力對(duì)其基因組的完整性和此細(xì)胞甚至機(jī)體的正常功能來說是極其重要的。許多原來對(duì)預(yù)期壽命顯示出影響的基因被證實(shí)跟DNA損傷修復(fù)和保護(hù)有關(guān)。 形成接合子的細(xì)胞中的分子傷害若未能修復(fù)改正，將產(chǎn)生變異的子代，從而影響到進(jìn)化的速率。DNA修復(fù) - DNA損傷 DNA修復(fù)2 圖冊(cè)細(xì)胞內(nèi)正常的代謝活動(dòng)引起的DNA損傷的發(fā)生速率約為每個(gè)細(xì)胞每天50,000至500,000處分子損害。但是許多別的因素能使之達(dá)到更高的速率。一個(gè)關(guān)鍵的癌相關(guān)基因

4、（如腫瘤抑制基因）的一處未修復(fù)的損害就能對(duì)個(gè)體產(chǎn)生災(zāi)難性的后果，而這類基因只占人類基因組的3,000,000,000（30億）個(gè)堿基的0.0002原因DNA損傷可分為兩大類型：1.內(nèi)源性損傷，如被正常代謝的副產(chǎn)物活性氧分子（自由基）攻擊導(dǎo)致的損傷（自發(fā)突變）；2.外源性損傷，由外部因素引起，例如： 1、來自太陽的紫外射線UV200300nm 2、其他頻率的輻射，包括X射線和射線3、水解和熱解 4、某些植物毒素5、人造的突變物質(zhì)，如吸煙產(chǎn)生的某些烴 6、腫瘤的化學(xué)療法和放射線療法在細(xì)胞分裂之前，損傷DNA的復(fù)制會(huì)引起錯(cuò)誤堿基與損傷堿基相對(duì)立地結(jié)合。子代細(xì)胞由遺傳而繼承了錯(cuò)誤的堿基之后，也就成了變

5、異細(xì)胞（帶了突變的細(xì)胞），從此再無退路（除非通過很少有的回復(fù)突變和基因轉(zhuǎn)換）。類型DNA修復(fù)3 圖冊(cè)DNA初級(jí)結(jié)構(gòu)的損害形式主要可以分為四種： 1、苷酸堿基氧化（oxidation）：例如：8-oxo-7,8-dihydroguanine(8-oxoG)，Thymineglycol等，這些主要是細(xì)胞內(nèi)的活性含氧物種（ROS）對(duì)DNA的攻擊所造成。另外，環(huán)境中的游離輻射也常會(huì)對(duì)造成堿基的氧化作用。 2、核苷酸堿基烷化（alkylation）：或常稱作甲基化，methylation)，例如O6-methylguanine，N7-methylguanine，N3-methyladenine等。 3、

6、核苷酸堿基去氨化（deamination）：例如：尿嘧啶，就是由于甲基化的胞嘧啶經(jīng)過去氨化所形成的。 4、核苷酸堿基水解（hydrolysis）：例如去嘌呤或去嘧啶作用。 5、核苷酸堿基錯(cuò)誤配對(duì)（mismatch）：這常常是導(dǎo)因于DNA復(fù)制過程當(dāng)中新合成的DNA單股置入錯(cuò)誤的核苷酸所導(dǎo)致。 而外生性的DNA損害，隨著暴露在外生性因子的時(shí)間、劑量的差異，其導(dǎo)致的DNA損害形式也有很大的差異。目前的研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞在紫外線得照射下對(duì)使得DNA會(huì)形成雙嘧啶鍵結(jié)（purimidinedimer），是一種外生性DNA損害的明確類型。DNA修復(fù) - 機(jī)制 既然內(nèi)生性（endogenous）與外生性（exoge

7、nous）的DNA損害來源均無法避免，細(xì)胞就必須面對(duì)這些DNA損害的形式采取適當(dāng)?shù)拇胧?。?duì)一個(gè)細(xì)胞來說，消極的做法是暫時(shí)容忍損害的存在，等到細(xì)胞的基因體遭受損害到一定程度，細(xì)胞自然無法再持續(xù)進(jìn)行運(yùn)作；而積極的做法則是針對(duì)所有可能的DNA損害發(fā)展出相對(duì)應(yīng)的修復(fù)補(bǔ)救措施，以確?；蝮w內(nèi)遺傳訊息的正確性。根據(jù)分子生物學(xué)近幾年來的研究發(fā)展，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)無論是以單細(xì)胞形式存活的酵母菌到我們?nèi)祟惖募?xì)胞，都可以找到相對(duì)應(yīng)的DNA修復(fù)機(jī)制，這說明DNA修復(fù)機(jī)制在各物種間的高度保守性（highlyconservative），更充分顯示了DNA損害所造成的危害，在生物演化初期就無可避免。在現(xiàn)存細(xì)胞內(nèi)的DNA修復(fù)

8、機(jī)制中，由DNA損害斷裂的程度可以分為兩種類型，一種是單股損害，另一種則是DNA雙股斷裂。前者修復(fù)機(jī)制通常需要借助其對(duì)應(yīng)的另一股當(dāng)模版（template），而后者在缺乏另一股序列當(dāng)模版的情況下，則是轉(zhuǎn)而透過同源的染色體（homologouschromosome）序列或姊妹染色分體（sisterchromatid）來尋求支援。（在高等生物中，有時(shí)候DNA雙股斷裂的修復(fù)有時(shí)候有可能無須任何序列當(dāng)模版，而逕行將斷裂部分直接接合，然而這種DNA修復(fù)方式可能隱含錯(cuò)誤的機(jī)率（error-prone）。單股DNA修復(fù)DNA修復(fù)4 圖冊(cè)單股DNA損害修復(fù)機(jī)制的特色是，當(dāng)只要DNA兩股的其中一股發(fā)生損害，另一股

9、在這時(shí)候就可以當(dāng)作模版，以作為修正的依據(jù)。細(xì)胞為了對(duì)抗各種形式的DNA損害，發(fā)展了數(shù)種DNA單股損害的修復(fù)機(jī)制，包括： 1、單一蛋白所參與的直接修復(fù)機(jī)制 MGMT(methylguaninemethyltransferase)具有甲基轉(zhuǎn)移酶的活性，因此可以直接將6號(hào)位置鳥嘌呤的甲基（CH3）（O6-methylguanine）直接移除。而在細(xì)菌內(nèi)也有一個(gè)修復(fù)蛋白，光分解酵素（photolyase），可以修復(fù)紫外線所造成的雙嘧啶鍵結(jié)（purimidinedimer）。由于這一類的蛋白可以直接將遭受破壞的DNA或核苷酸還原，因此不需要另一股當(dāng)作修復(fù)的模版。 2、堿基切除修復(fù)（Baseexcisio

10、nrepair,BER） BER用來清除并修復(fù)異常的、不該出現(xiàn)的堿基。這些非A、T、G、C堿基的出現(xiàn)若無適時(shí)修復(fù)，則DNA聚合酶在復(fù)制的過程就很容易在碰到這些堿基時(shí)置入錯(cuò)誤的配對(duì)，即點(diǎn)突變發(fā)生。 3、核苷酸切除修復(fù)（Nucleotideexcisionrepair,NER） NER主要修復(fù)那些影響區(qū)域性的染色體結(jié)構(gòu)的DNA損害，包括由紫外線所導(dǎo)致的雙嘧啶鍵結(jié)（pyrimidinedimer），化學(xué)分子或蛋白質(zhì)與DNA間的鍵結(jié)DNA附加物（DNAadduct），或者DNA與DNA的鍵結(jié)DNA交互連結(jié)（cross-link）等。這些損害的形式若沒有適時(shí)的排除，DNA聚合酶將無法辨識(shí)而滯留在損害的位

11、置，這時(shí)細(xì)胞就會(huì)活化細(xì)胞周期檢查點(diǎn)（cellcyclecheckpoint）以全面停止細(xì)胞周期的進(jìn)行。 （1）全基因體的核苷酸切除修復(fù)（Global-GenomeNucleotideexcisionrepair,GG-NER）。 為典型的NER修復(fù)機(jī)制，透過對(duì)于DNA損害具有特殊親合辨識(shí)能力的XPC-HR23B蛋白質(zhì)雙合體（dimer）來啟動(dòng)NER的修復(fù)路徑。 （2）轉(zhuǎn)錄合并修復(fù)（Transcription-coupledrepair,TCR） 為針對(duì)RNA轉(zhuǎn)錄過程所伴隨啟動(dòng)的NER修復(fù)機(jī)制，所以又稱轉(zhuǎn)錄合并核苷酸切除修復(fù)（Transcription-coupledNER,TC-NER）。TC

12、-NER是由RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄過程遇到核苷酸損害無法辨識(shí)而停滯時(shí)所活化的修復(fù)機(jī)制，借由RNA聚合酶停滯的動(dòng)作可以立即招來NER相關(guān)的修復(fù)蛋白前來，這樣就能加速DNA損害的復(fù)原，而無須漫長(zhǎng)地等待GG-NER的反應(yīng)。但也如此，TC-NER所負(fù)責(zé)修復(fù)的范圍只局限于能夠轉(zhuǎn)錄RNA的DNA序列。 4、錯(cuò)誤配對(duì)修復(fù)（Mismatchrepair,MMR）MMR主要是負(fù)責(zé)DNA在復(fù)制過程發(fā)生嘌呤嘧啶錯(cuò)誤配對(duì)的校對(duì)工作。 5、單股DNA斷裂修復(fù)（Singlestrandbreakrepair,SSBR）細(xì)胞內(nèi)參與修復(fù)單股DNA斷裂的機(jī)制與堿基切除修復(fù)的蛋白質(zhì)種類有很高的重復(fù)，因此有些人把單股DNA斷裂的機(jī)制也

13、歸入堿基切除修復(fù)的路徑內(nèi)。 雙股DNA修復(fù)DNA雙股斷裂對(duì)細(xì)胞來說是最嚴(yán)重也是最致命的DNA損害類型。不若DNA單股的損害在組蛋白的保護(hù)下，或許可以逃過更進(jìn)一步的損害與化學(xué)物質(zhì)的攻擊，而DNA雙股斷裂的結(jié)果使得DNA的末端直接裸露，在這種情況的發(fā)生若沒有及時(shí)的處理，細(xì)胞內(nèi)DNA損害反應(yīng)（DNAdamageresponse）機(jī)制就會(huì)活化，其后果之一是停止細(xì)胞的生長(zhǎng)與分裂，或者是啟動(dòng)細(xì)胞凋亡，無論如何都是驅(qū)使細(xì)胞走向毀滅一途。幸好從真核生物階段細(xì)胞就已發(fā)展出數(shù)套機(jī)制用來防范DNA雙股斷裂的產(chǎn)生，分別是： 1、同源性重組（Homologousrecombination，HR） 同源性重組修復(fù)是利用細(xì)

14、胞內(nèi)的染色體兩兩對(duì)應(yīng)的特性，若其中一條染色體上的DNA發(fā)生雙股斷裂，則另一條染色體上對(duì)應(yīng)的DNA序列即可當(dāng)作修復(fù)的模版來回復(fù)斷裂前的序列，因此在某些條件下，同源性重組又稱作基因轉(zhuǎn)換（geneconversion）。 同源性重組HR修復(fù)路徑與細(xì)胞周期的進(jìn)行有很高的依賴性。在G1期，染色體套數(shù)為2n的情況下，同源染色體是HR唯一可使用的模版。等到在S期G2期有了姊妹染色分體（sisterchromatid）的加入，染色體套數(shù)倍增為4n，這時(shí)候HR機(jī)制就有更多的修復(fù)模版可供選擇，因此一般認(rèn)為HR修復(fù)的運(yùn)作在S期G2期比較活躍。 2、非同源性末端接合（Non-homologousendjoining,

15、NHEJ） NHEJ修復(fù)機(jī)制與前面的HR最大的差異，就在于完全不需要任何模版的幫助，此一機(jī)制的修復(fù)蛋白可以直接將雙股裂斷的末端彼此拉近，再借由DNA黏合酶（ligase）的幫助下，將斷裂的兩股重新接合。相較于HR，NHEJ的機(jī)制既簡(jiǎn)單又不依靠模版的方式，在基因體越復(fù)雜、包含越多無用DNA（junkDNA）的生物體，NHEJ的活性相對(duì)于HR是非?；钴S的，可是在基因體越簡(jiǎn)單，尤其是單細(xì)胞型態(tài)的生物，NHEJ很有可能破壞原本序列完整性，反而不受青睞。 值得一提的是，NHEJ除了負(fù)責(zé)DNA損害的修復(fù)，高等生物所特有的免疫系統(tǒng)在進(jìn)行V（D）J重組以產(chǎn)生具多樣性的抗體時(shí)，由RAG蛋白作用所造成的DNA斷裂

16、，也是需要NHEJ來進(jìn)行善后工作的。 細(xì)胞周期檢查點(diǎn)與DNA修復(fù)的相關(guān)性除了既有的DNA修復(fù)機(jī)制，細(xì)胞還有一項(xiàng)用來對(duì)抗DNA損害生成的武器，那就是細(xì)胞周期檢查點(diǎn)（cellcyclecheckpoint）。對(duì)于一個(gè)持續(xù)進(jìn)行周期的細(xì)胞，若DNA遭受損害，除了既有的DNA修復(fù)機(jī)制可以偵測(cè)損害的地點(diǎn)，檢查點(diǎn)機(jī)制相關(guān)的蛋白也被認(rèn)為具有類似的能力，只是檢查點(diǎn)偵測(cè)到損害形成時(shí)所做的反應(yīng)是停滯細(xì)胞周期的進(jìn)行。不過有越來越多的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)DNA修復(fù)機(jī)制與檢查點(diǎn)的活化有相輔相成的效果，例如；游離輻射造成DNA雙股斷裂，除了前面提到同源重組以及非同源性末端接合修復(fù)機(jī)制可以逕行修復(fù)斷裂的DNA，在檢查點(diǎn)扮演關(guān)鍵角色的

17、ATM（Ataxia-Telangiectasia）蛋白質(zhì)除了啟動(dòng)檢查點(diǎn)機(jī)制以停滯細(xì)胞周期，科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)ATM會(huì)透過直接磷酸化或透過更復(fù)雜的機(jī)制來啟動(dòng)上述的修復(fù)機(jī)制。而有些蛋白質(zhì)被認(rèn)為同時(shí)具有檢查點(diǎn)活化以及DNA修復(fù)的功能，例如：p53與BRCA1，這更加說明兩種機(jī)制相互依存以降低DNA損害對(duì)細(xì)胞本身所造成的傷害。 DNA修復(fù) - DNA損害、修復(fù)與生物個(gè)體的關(guān)連 DNA損害可能造成細(xì)胞停止生長(zhǎng)（senescence）、細(xì)胞凋亡或轉(zhuǎn)型成癌細(xì)胞，而對(duì)于生物個(gè)體當(dāng)然不可避免的會(huì)導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的癥狀，即老化、死亡，或者腫瘤的形成，這些現(xiàn)象與源自細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的DNA損害無法順利透過DNA修復(fù)機(jī)制進(jìn)行處理有很大

18、的關(guān)連。拜分子生物學(xué)快速進(jìn)展之賜，這十幾年來許多未知病因的癥狀陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)原來是DNA修復(fù)機(jī)制相關(guān)基因的突變或異常所造成的結(jié)果，間接證實(shí)了DNA損害對(duì)于生物個(gè)體所造成的危害。 DNA修復(fù)機(jī)制與遺傳性疾病并非所有的DNA修復(fù)機(jī)制異常會(huì)導(dǎo)致遺傳性疾病發(fā)生，事實(shí)上，根據(jù)科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有更多的例子顯示缺少DNA修復(fù)機(jī)制中某些參與的基因反而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)老鼠在胚胎時(shí)期突然停止發(fā)育，英文稱呼為胚胎致死（embrYoniclethality），唯有少數(shù)幸運(yùn)胚胎存活而得以出生，不過可預(yù)期的這些剛出生的小生命不久將慢慢出現(xiàn)基因缺陷伴隨而來得遺傳病征。DNA修復(fù)機(jī)制異常對(duì)生物個(gè)體最普遍的遺傳病征，大多是發(fā)育遲緩（有些也包含喪失生殖能力）、神經(jīng)退化、智能不足等，也有些是免疫功能缺乏，如果缺乏事先的疾病診斷與照護(hù)，通常很容易死亡。若是年齡稍長(zhǎng)，癌癥罹患的機(jī)率