DNA损伤修复基因

DNA损伤修复基因 （DNA Damage Repair Gene）

DNA损伤修复基因（DNA damage repair gene， DDR gene）是指编码一系列负责识别、信号传导和修复细胞中各类DNA损伤（DNA damage）的蛋白质的基因。它们共同构成DNA损伤反应（DNA damage response， DDR）网络，是维持基因组完整性（Genomic integrity）和细胞稳态的核心防御系统。DDR基因的功能丧失性突变是导致基因组不稳定性、癌症易感性和影响癌症治疗反应的关键因素。

1. DDR主要通路与代表性基因

根据损伤类型，DDR主要分为以下几条核心通路：

• 1.1 直接逆转修复

  • 损伤类型：烷基化损伤。

  • 关键基因：MGMT（O^6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶），能直接将烷基基团从鸟嘌呤上移除。

• 1.2 碱基切除修复

  • 损伤类型：小的、非螺旋扭曲的碱基损伤（如氧化、脱氨基、烷基化）。

  • 关键基因：OGG1、MUTYH（识别并切除受损碱基），XRCC1、POLβ、LIG3（完成修复合成与连接）。

• 1.3 核苷酸切除修复

  • 损伤类型：大体积、导致螺旋扭曲的损伤（如紫外线诱导的嘧啶二聚体、化疗药物加合物）。

  • 关键基因：XPA、XPC、ERCC1 等（“剪切”损伤所在寡核苷酸片段），相关缺陷与着色性干皮病等相关。

• 1.4 错配修复

  • 损伤类型：DNA复制过程中产生的碱基错配、插入/缺失环。

  • 关键基因：MLH1、MSH2、MSH6、PMS2。其缺陷导致微卫星不稳定性，是林奇综合征的分子基础。

• 1.5 同源重组修复

  • 损伤类型：DNA双链断裂、DNA交联，尤其在DNA复制期提供精确修复模板。

  • 关键基因：BRCA1、BRCA2、PALB2、RAD51、ATM。其缺陷导致对DNA双链断裂修复能力严重下降。

• 1.6 非同源末端连接

  • 损伤类型：DNA双链断裂，是一种快速但易出错的修复方式，主要作用于细胞周期的G0/G1期。

  • 关键基因：KU70、KU80、DNA-PKcs、XRCC4、LIG4。

• 1.7 DNA损伤感应与信号传导枢纽

  • 关键基因：ATM（响应双链断裂）、ATR（响应复制应激和单链断裂）、CHK1、CHK2。它们激活细胞周期检查点、凋亡或衰老程序，为修复争取时间。

2. 生理功能与癌症易感性

• 基因组守护者：通过高效修复每日发生的数以万计的DNA损伤，防止突变积累，是重要的肿瘤抑制机制。

• 遗传性癌症综合征：DDR基因的胚系突变是许多遗传性癌症综合征的直接原因。携带者一生中罹患特定癌症的风险显著增高。

  • *BRCA1/2* 突变：乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌、胰腺癌风险增高。

  • 林奇综合征相关基因（MLH1， MSH2等）突变：结直肠癌、子宫内膜癌等风险增高。

  • ATM、CHEK2、PALB2 等突变：增加多种癌症风险。

• 体细胞突变与癌症驱动：在散发性癌症中，DDR基因也常发生体细胞突变，导致肿瘤基因组不稳定性增加，加速肿瘤进化。

3. 作为治疗靶点与生物标志物

DDR缺陷的癌细胞具有独特的治疗脆弱性，这为精准肿瘤学提供了重要机会：

• 合成致死：最成功的应用范例。当癌细胞因*BRCA1/2*等基因突变导致HR修复缺陷时，它们对抑制备用修复通路（如通过PARP抑制剂阻断碱基切除修复）异常敏感，导致DNA损伤累积和细胞死亡。正常细胞因HR功能完整而得以存活。

• 免疫治疗敏感性：DDR缺陷（特别是MMR缺陷）导致高肿瘤突变负荷和更多新生抗原产生，使肿瘤对免疫检查点抑制剂（如抗PD-1抗体）反应率显著提高。

• 化疗与放疗增敏：DDR功能缺陷的肿瘤通常对引起特定类型DNA损伤的化疗药（如铂类、拓扑异构酶抑制剂）或电离辐射更敏感。

• 生物标志物：DDR基因的突变状态（如*BRCA1/2*）是指导使用PARP抑制剂等靶向药物的关键伴随诊断标志。

4. 与衰老和神经退行性疾病

除癌症外，DDR基因的先天性缺陷还与早衰综合征（如Werner综合征、Bloom综合征）和某些神经退行性疾病（如共济失调毛细血管扩张症）相关，凸显了其在维持全身组织稳态中的根本性作用。

参考文献

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