挽救生命的奇跡：DNA修復(fù)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)及研究歷程

宋晶晶 陳波

摘要：介紹了2015年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)DNA修復(fù)機(jī)制的研究歷程，包括其修復(fù)機(jī)理和修復(fù)途徑方面的理論與實(shí)踐研究以及DNA修復(fù)機(jī)制所展現(xiàn)的治癌新契機(jī)，給生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)的新的發(fā)展方向，為人類(lèi)的抗癌事業(yè)做出的巨大貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；DNA修復(fù)機(jī)制；DNA修復(fù)途徑；抗癌

文章編號(hào)：1005–6629（2016）7–0090–07 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

2015年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予托馬斯·林達(dá)爾（瑞典）、保羅·莫德里奇（美）和阿奇茲·桑賈爾（土耳其）三位科學(xué)家，以表彰他們?cè)贒NA修復(fù)的細(xì)胞機(jī)制方面的研究。瑞典皇家科學(xué)學(xué)院在授予他們?cè)摌s譽(yù)的頒獎(jiǎng)詞中提到：三人在分子領(lǐng)域繪制出了細(xì)胞是如何完成DNA修復(fù)及保護(hù)其遺傳信息的，他們的研究發(fā)現(xiàn)為活細(xì)胞功能的認(rèn)知提供了基礎(chǔ)知識(shí)，其研究成果在未來(lái)甚至可以為癌癥治療的發(fā)展提供極大的幫助。這一科學(xué)研究領(lǐng)域的成果有望為廣大癌癥患者帶來(lái)福音。那么，這一科學(xué)研究是如何被一步步發(fā)現(xiàn)的？又為何會(huì)獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)這一崇高榮譽(yù)？其科學(xué)意義和應(yīng)用前景又會(huì)是怎樣？對(duì)我們又有何啟發(fā)？

1 DNA修復(fù)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)

人們可能認(rèn)為DNA像是布滿灰塵的模板，DNA分子伴隨著人類(lèi)出生而出現(xiàn)，死亡時(shí)便消失。我們知道DNA（即脫氧核糖核酸）是由核苷酸重新排列的一類(lèi)具有長(zhǎng)鍵的生物高分子，它是由兩條主鏈形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。在細(xì)胞核中，它是組成遺傳基因信息的一類(lèi)重要功能分子。然而DNA不僅如此，它還能夠真實(shí)地作為一個(gè)細(xì)胞內(nèi)部的計(jì)算機(jī)，直接培育形成，并對(duì)細(xì)胞自身修復(fù)受損部位。簡(jiǎn)言之，這是維持人類(lèi)長(zhǎng)壽的關(guān)鍵因子，DNA有能力改變和修復(fù)人體受損組織，如癌癥和其他突變引起的損傷一樣能夠由DNA的自身修復(fù)功能來(lái)完成。

DNA是一種化學(xué)分子，必然在生物體內(nèi)會(huì)發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)，則發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的分子是如何修復(fù)的呢？基于此，科學(xué)家們一直對(duì)DNA的修復(fù)機(jī)制的研究充滿了興趣。

諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的得主托馬斯·林達(dá)爾、保羅·莫德里奇和阿齊茲·桑賈爾各自獨(dú)立地闡明了與人類(lèi)相關(guān)的若干DNA修復(fù)過(guò)程。托馬斯·林達(dá)爾一直從事癌癥方面的研究，自然少不了對(duì)DNA修復(fù)機(jī)制的研究；保羅·莫德里奇早在杜克大學(xué)教授生物化學(xué)時(shí)，就專注于研究DNA的錯(cuò)配修復(fù)；而阿奇茲·桑賈爾專門(mén)從事DNA修復(fù)、細(xì)胞周期檢查點(diǎn)和生物鐘方面的研究，他花費(fèi)了較長(zhǎng)的時(shí)間研究光解和光激活的機(jī)制，直接觀察到了光解酶修復(fù)胸腺嘧啶二聚體的過(guò)程（即下面即將提到的直接修復(fù)）。

“DNA到底有多穩(wěn)定？”，托馬斯·林達(dá)爾早在20世紀(jì)60年代末就對(duì)這個(gè)問(wèn)題深感好奇。那時(shí)，科學(xué)界相信作為生命基礎(chǔ)的DNA分子必須極度堅(jiān)實(shí)，沒(méi)有別的可能性。生物體要生長(zhǎng)必然要經(jīng)歷演化的過(guò)程，而生物演化需要突變的存在，但每一代的突變都是有限的。如果遺傳信息太過(guò)不穩(wěn)定，多細(xì)胞生物就無(wú)法存在了。在美國(guó)普林斯頓大學(xué)當(dāng)博士后的時(shí)候，林達(dá)爾研究RNA—一種與DNA相近的分子。研究很不順利。在實(shí)驗(yàn)中，他必須加熱RNA，但這個(gè)過(guò)程不可避免地會(huì)導(dǎo)致RNA快速降解。如果RNA在受熱時(shí)都被毀滅得如此迅速，具有相似性的DNA真的能一輩子保持穩(wěn)定嗎？

幾年后，林達(dá)爾進(jìn)入瑞典斯德哥爾摩的卡羅林斯卡學(xué)院。一些實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了他的懷疑：DNA其實(shí)會(huì)發(fā)生緩慢但可觀測(cè)的降解。據(jù)林達(dá)爾估計(jì)，基因組每天會(huì)發(fā)生數(shù)千起災(zāi)難性的潛在損傷，人類(lèi)能在地球上得以延續(xù)，這些損傷顯然不可能真的發(fā)生。他的結(jié)論是，肯定有分子機(jī)制負(fù)責(zé)對(duì)這些DNA缺陷進(jìn)行修復(fù)。本著這個(gè)思路，托馬斯·林達(dá)爾打開(kāi)了通向嶄新研究領(lǐng)域的大門(mén)。

和人的DNA一樣，細(xì)菌DNA同樣由核苷酸的四種堿基腺嘌呤（A）、鳥(niǎo)嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）組成[1]。托馬斯·林達(dá)爾開(kāi)始利用細(xì)菌DNA來(lái)尋找修復(fù)酶。DNA的化學(xué)弱點(diǎn)之一，它的胞嘧啶（C）很容易丟失一個(gè)氨基，這可能導(dǎo)致遺傳信息改變。在DNA的雙螺旋中，C總是與G配對(duì)，但當(dāng)氨基丟失后，受損的堿基往往與A配對(duì)[2]。因此，如果允許這個(gè)缺陷繼續(xù)存在，下一次DNA復(fù)制時(shí)就會(huì)發(fā)生一次突變。林達(dá)爾意識(shí)到，細(xì)胞對(duì)此必存在某種防范機(jī)制。隨后，他成功發(fā)現(xiàn)，有一種細(xì)菌酶能去除DNA里受損的胞嘧啶。1974年，他發(fā)表了這一發(fā)現(xiàn)。

之后35年的成功工作就此展開(kāi)，在此期間，托馬斯·林達(dá)爾發(fā)現(xiàn)并研究了許多細(xì)胞用來(lái)修復(fù)DNA所用的工具蛋白。在20世紀(jì)80年代初，他因緣際會(huì)來(lái)到英國(guó)，在倫敦他接受了帝國(guó)癌癥研究基金會(huì)（Imperial Cancer Research Fund）的一個(gè)職位。1986年，他成為了新成立的劍橋大學(xué)克萊爾學(xué)堂實(shí)驗(yàn)室（Clare Hall Laboratory）主任，這個(gè)實(shí)驗(yàn)室隨后以其科學(xué)創(chuàng)造力而聞名遐邇。

一點(diǎn)一滴，林達(dá)爾拼起了“堿基切除修復(fù)（base excision repair）”是如何作用的分子圖景，證實(shí)了糖基化酶（glycosylases）正是DNA修復(fù)過(guò)程中的第一步，這種酶很類(lèi)似他在1974年發(fā)現(xiàn)的那個(gè)細(xì)菌的酶。堿基切除修復(fù)也發(fā)生在人類(lèi)身上，1996年，托馬斯·林達(dá)爾還在體外設(shè)法重建了人類(lèi)的修復(fù)過(guò)程。

對(duì)于托馬斯·林達(dá)爾而言，關(guān)鍵的一點(diǎn)是意識(shí)到了DNA不可避免地會(huì)發(fā)生變化，哪怕是當(dāng)分子位于細(xì)胞的保護(hù)性環(huán)境中時(shí)也不例外。于是，他完成了“堿基切除修復(fù)”的拼圖[4]。

但是，我們?cè)缫阎繢NA會(huì)因環(huán)境因素如UV輻射而受到損傷。林達(dá)爾并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)并闡述這一受損過(guò)程是如何被修復(fù)的，而多數(shù)細(xì)胞用于修復(fù)紫外線傷害的機(jī)制“核苷酸切除修復(fù)”是被阿齊茲·桑賈爾闡明的。

桑賈爾出生于土耳其的薩武爾，活躍于美國(guó)研究界。他對(duì)于生命分子開(kāi)發(fā)的癡迷是在伊斯坦布爾攻讀醫(yī)學(xué)學(xué)位的時(shí)候培養(yǎng)起來(lái)的。畢業(yè)之后，他在土耳其的鄉(xiāng)下當(dāng)了幾年的外科醫(yī)師，但1973年時(shí)，他決定學(xué)習(xí)生物化學(xué)。他的興趣是被一個(gè)特別的現(xiàn)象所激發(fā)的：細(xì)菌暴露在致命的紫外線照射下之后，如果再用可見(jiàn)藍(lán)光照射，它們突然就能死里逃生。桑賈爾對(duì)這近乎魔法的反應(yīng)感到非常好奇，這是一種怎樣的化學(xué)功能？

一位名叫克勞德·魯珀特（Claud Rupert）的美國(guó)人當(dāng)時(shí)在研究這一現(xiàn)象。于是阿齊茲·桑賈爾加入了他在達(dá)拉斯的德克薩斯州大學(xué)實(shí)驗(yàn)室。1976年，使用當(dāng)時(shí)的粗糙工具，他成功地克隆出能修復(fù)被紫外線損傷的DNA的酶——光解酶的基因，并成功讓細(xì)菌批量生產(chǎn)這種酶。這成為了他的博士論文，但在當(dāng)時(shí)，并沒(méi)有引起很多反響。他申請(qǐng)了三次博士后職位，卻都遭到了駁回。對(duì)于光解酶的研究也被擱置了。為了繼續(xù)對(duì)DNA修復(fù)進(jìn)行研究，阿齊茲·桑賈爾在耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院（這是業(yè)內(nèi)領(lǐng)先地位的機(jī)構(gòu)）找了個(gè)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)員的工作。在這里，他的工作最終讓他獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

當(dāng)時(shí)，人們已經(jīng)知道細(xì)菌有兩套修復(fù)紫外線損傷的機(jī)制：一條系統(tǒng)是依賴光的作用的“光修復(fù)”，需要光解酶；另一個(gè)系統(tǒng)則可以在暗處發(fā)揮作用。阿齊茲·桑賈爾在耶魯大學(xué)的新同事們從二十世紀(jì)六十年代中葉就開(kāi)始研究暗修復(fù)系統(tǒng)，研究對(duì)象是三個(gè)對(duì)紫外線敏感的細(xì)菌突變系，這三個(gè)細(xì)菌系中分別有不同的基因發(fā)生了突變，分別被稱為UVRa、UVRb與UVRc[5]。

就像此前對(duì)光修復(fù)的研究一樣，桑賈爾開(kāi)始探索暗修復(fù)的分子機(jī)制。只花了幾年的時(shí)間，他就鑒定、分離與描述了這三個(gè)基因編碼的酶。在突破性的體外實(shí)驗(yàn)中，他證明了這些酶可以發(fā)現(xiàn)紫外線傷害的位點(diǎn)，然后在DNA鏈上切開(kāi)兩個(gè)切口，分別發(fā)生在紫外線損害位點(diǎn)兩側(cè)。一段12～13個(gè)堿基對(duì)的片段，包括損傷位點(diǎn)，就這樣被切掉了。

阿齊茲·桑賈爾從分子水平的細(xì)節(jié)中獲取對(duì)這一途徑認(rèn)知的能力改變了整個(gè)研究領(lǐng)域。他在1983年發(fā)表了他的研究。這樣的成就讓他獲得了北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校的副教授職位。在那里，他又一次漂亮地完成了對(duì)核苷酸切除修復(fù)機(jī)制的下一階段的研究工作。桑賈爾與其他研究人員——包括托馬斯·林達(dá)爾——同時(shí)進(jìn)行著人類(lèi)中的核苷酸切除修復(fù)的研究。在人體中，紫外線損傷修復(fù)的機(jī)制遠(yuǎn)比細(xì)菌中的程序復(fù)雜，但是從化學(xué)上來(lái)說(shuō)，所有有機(jī)體里的核苷酸切除修復(fù)都是類(lèi)似的[7]。

然后，桑賈爾最初感興趣的光修復(fù)又怎樣了呢？最后他還是回到了光解酶，找到了它“復(fù)活”細(xì)菌的機(jī)制。另外，他還證明，人類(lèi)體內(nèi)相應(yīng)的酶幫助我們建立了生物鐘。

接下來(lái)就是保羅·莫德里奇的工作了。他也是從關(guān)于基因修復(fù)機(jī)制的模糊概念出發(fā)，從中雕琢出了美妙的分子細(xì)節(jié)。

保羅·莫德里奇在美國(guó)新墨西哥州北部的一個(gè)小城鎮(zhèn)長(zhǎng)大。當(dāng)?shù)囟喾N多樣的廣袤風(fēng)景激發(fā)了他對(duì)大自然的興趣。但是有一天，他教生物的父親說(shuō)：“你應(yīng)該研究一下DNA那套東西。”那是在1963年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克因發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)而獲得諾貝爾獎(jiǎng)的第二年。

幾年后，“DNA那套東西”真的成為了保羅·莫德里奇生活的中心。在他研究生涯的早期，在斯坦福大學(xué)做博士研究生、在哈佛大學(xué)做博士后以及在杜克大學(xué)做助理教授的時(shí)候，他檢驗(yàn)了一系列作用于DNA的酶：DNA連接酶，DNA聚合酶和限制性內(nèi)切酶。隨后，當(dāng)他在20世紀(jì)70年代末將注意力轉(zhuǎn)移到Dam甲基化酶時(shí)候，他不小心碰到了另一件“DNA那套東西”上，占據(jù)了他科學(xué)生涯的一大部分。

Dam甲基化酶能夠給DNA加上甲基基團(tuán)。保羅·莫德里奇證明，這些甲基基團(tuán)可以像路標(biāo)一樣起作用，幫助某個(gè)特定的限制性內(nèi)切酶在正確的位置切斷DNA鏈。但是，就在幾年前，馬修·梅塞爾森（Matthew Meselson），一位哈佛大學(xué)的分子生物學(xué)家，認(rèn)為DNA甲基基團(tuán)還有另一種信號(hào)作用。

利用一些分子生物學(xué)技巧，梅塞爾森改造出了一種噬菌體，它的DNA中有幾個(gè)不匹配位點(diǎn)。譬如，A（腺嘌呤）對(duì)面可能是C（胞嘧啶），而不是它本來(lái)應(yīng)該配對(duì)的T（胸腺嘧啶）。讓這些噬菌體感染細(xì)菌，細(xì)菌就會(huì)修復(fù)錯(cuò)誤的配對(duì)。沒(méi)人知道細(xì)菌為什么有這個(gè)功能，但是在1976年，梅塞爾森提出，這可能是因?yàn)榧?xì)菌自己本身存在的修復(fù)機(jī)制，來(lái)修復(fù)這些有時(shí)在DNA復(fù)制時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤。如果推測(cè)是正確的，梅塞爾森繼續(xù)推測(cè)，可能DNA上的甲基基團(tuán)幫助細(xì)菌確認(rèn)，糾正的時(shí)候哪個(gè)是原來(lái)的模板，哪個(gè)是后來(lái)的錯(cuò)誤。帶有錯(cuò)誤的新DNA鏈還沒(méi)有甲基化，可能這就是它被識(shí)別并修正的方式？

在DNA甲基化的過(guò)程中，保羅·莫德里奇和馬修·梅塞爾森的道路相交了。兩人合作構(gòu)建了一個(gè)具有一系列DNA錯(cuò)配的病毒。這一次，莫德里奇的Dam甲基化酶也被用于在其中一條DNA鏈上添加甲基。當(dāng)這些病毒感染細(xì)菌時(shí)，細(xì)菌持續(xù)地修正那些未經(jīng)甲基化的、錯(cuò)配的DNA。莫德里奇和梅塞爾森的結(jié)論是，DNA的錯(cuò)配修復(fù)是一個(gè)天然的過(guò)程，在DNA復(fù)制過(guò)程中，以未甲基化為標(biāo)志來(lái)識(shí)別出錯(cuò)的DNA鏈。

保羅·莫德里奇的這個(gè)發(fā)現(xiàn)引發(fā)了長(zhǎng)達(dá)十年的系統(tǒng)性工作——克隆和測(cè)定錯(cuò)配修復(fù)過(guò)程中一個(gè)又一個(gè)酶。到20世紀(jì)80年代末，他已經(jīng)可以體外重建這套復(fù)雜的分子修復(fù)機(jī)理，并且深入了解它的細(xì)節(jié)。這項(xiàng)工作在1989年發(fā)表[8]。

和托馬斯·林達(dá)爾、阿齊茲·桑賈爾一樣，保羅·莫德里奇也研究了人類(lèi)版本的修復(fù)系統(tǒng)。今天我們知道，在人類(lèi)基因組復(fù)制時(shí)產(chǎn)生的所有錯(cuò)誤中，只有千分之一逃過(guò)了錯(cuò)配修復(fù)的法眼。但是，在人類(lèi)錯(cuò)配修復(fù)中，我們?nèi)匀徊荒艽_切地知道怎么判斷哪條鏈?zhǔn)窃镜逆湣NA甲基化在我們的基因組中有與微生物中不同的功能，所以，一定是什么別的東西在掌管究竟應(yīng)該修復(fù)哪條鏈——這個(gè)東西是什么還有待查明。

除了堿基切除修復(fù)、核苷酸切除修復(fù)和DNA錯(cuò)配修復(fù)這三種，還有其他多種機(jī)制維護(hù)著我們的DNA。每天，它們修復(fù)幾千起因?yàn)槿照铡⑽鼰熁蚱渌z傳毒性物質(zhì)導(dǎo)致的DNA損傷；它們不斷抵抗著DNA的自發(fā)改變。而且，每一次細(xì)胞分裂，錯(cuò)配修復(fù)都會(huì)糾正幾千個(gè)錯(cuò)配。沒(méi)有這些修復(fù)機(jī)制，我們的基因組將會(huì)崩潰。其中哪怕只有一個(gè)機(jī)制失靈了，遺傳信息就會(huì)很快改變，致癌風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增加。比如，DNA錯(cuò)配修復(fù)如果存在缺陷，就會(huì)增加患遺傳性結(jié)腸癌的風(fēng)險(xiǎn)。

事實(shí)上，在很多類(lèi)癌癥中，就是上述一到多個(gè)修復(fù)體系部分地或者全部地被關(guān)閉了。這使得癌細(xì)胞的DNA變得不穩(wěn)定，這也是癌細(xì)胞經(jīng)常突變且能夠抵抗化療的原因之一。

同時(shí)，這些生病的細(xì)胞會(huì)更加依賴還在正常工作的修復(fù)體系：沒(méi)有剩下的這些修復(fù)體系，它們的DNA受到的損傷會(huì)過(guò)于嚴(yán)重，細(xì)胞也會(huì)死亡。研究者試圖利用這種弱點(diǎn)來(lái)研發(fā)新的抗癌藥物。通過(guò)抑制殘留的修復(fù)體系，人們可以減緩或者完全阻止癌癥的生長(zhǎng)。譬如，奧拉帕尼（olaparib）就是一種可以抑制修復(fù)體系的抗癌藥物。

我們?nèi)梭w的分子裝置一直受到周?chē)h(huán)境的攻擊。活性化學(xué)物質(zhì)使其腐敗，高溫使其折疊結(jié)構(gòu)改變而變性。紫外線則會(huì)使其分解，多數(shù)情況下，它們被損壞而無(wú)法正常地發(fā)揮作用。細(xì)胞可以無(wú)情地拋棄受損的蛋白質(zhì)，卻承擔(dān)不起拋棄DNA的代價(jià)。DNA必須維持完美的構(gòu)型，因?yàn)樗?fù)載著遺傳信息，指導(dǎo)著細(xì)胞的生命進(jìn)程并遺傳給下一代，為確保這一遺傳信息不丟失，細(xì)胞具備了多種不同的方式保護(hù)DNA免于受損，并在其受損時(shí)修復(fù)它們[9]。

隨著研究的推進(jìn)，我們對(duì)修復(fù)機(jī)制和修復(fù)過(guò)程有了更為深入系統(tǒng)的了解。在包括人類(lèi)在內(nèi)的哺乳動(dòng)物中，細(xì)胞內(nèi)不同的DNA受損主要通過(guò)六種方式修復(fù)：①直接修復(fù)（direct repair，DR）：直接修復(fù)DNA的烷基化損傷；②堿基切除修復(fù)（base excision repair，BER）：主要修復(fù)內(nèi)源性的氧化、烷基化和脫氨基的堿基損傷；③核苷酸的切除修復(fù)（nucleotide excision repair，NER）：主要修復(fù)外源性輻射、化學(xué)物質(zhì)及蛋白質(zhì)形成的DNA加成物；④錯(cuò)配修復(fù)（mismatch repair，MMR）：修復(fù)自發(fā)產(chǎn)生的和堿基脫氨基、堿基氧化及堿基甲基化等導(dǎo)致的堿基錯(cuò)配；⑤同源重組修復(fù)（homologous recombination repair，HR）和⑥非同源末端連接（non-homologous end-joining repair，NHEJ）：均修復(fù)DNA雙鏈斷裂。故而，要想研究細(xì)胞內(nèi)的DNA修復(fù)機(jī)制是如何運(yùn)行的，首先就要對(duì)DNA修復(fù)的六種途徑進(jìn)行分析[10]。

2 DNA修復(fù)途徑

細(xì)胞的DNA不斷遭受內(nèi)源性和外源性物質(zhì)的襲擊：內(nèi)源性物質(zhì)引起的損害包括正常代謝中產(chǎn)生的活性氧引起的氧化作用；來(lái)自環(huán)境的外源性損傷物質(zhì)包括化學(xué)物質(zhì)、致癌物質(zhì)、紫外線和化學(xué)治療藥物及電離輻射等。DNA損傷的類(lèi)型決定DNA修復(fù)的途徑，從圖5的脈絡(luò)中我們可以看到于DNA修復(fù)的六種途徑，以下我們主要介紹兩種。

2.1 直接修復(fù)

有時(shí)稱為“直接逆轉(zhuǎn)”，該修復(fù)途徑是針對(duì)DNA由于外源性的損傷物質(zhì)（比如紫外線）而引起的損傷修復(fù)機(jī)制。通過(guò)微電子顯微鏡可以觀察到長(zhǎng)期受紫外線照射會(huì)使得DNA中相鄰的兩個(gè)嘧啶堿基通過(guò)共價(jià)鍵橋接起來(lái)造成損傷，這樣的雙嘧啶鍵結(jié)構(gòu)與DNA自身的雙螺旋結(jié)構(gòu)是不匹配的，如果不將其除去就無(wú)法完成遺傳因子的復(fù)制。細(xì)胞的直接修復(fù)可移除DNA分子中受損堿基的改變部位，而非切除受損堿基。所以，該途徑是通過(guò)DNA光解酶催化來(lái)完成的，將雙嘧啶鍵解分為兩個(gè)正常的單體，使DNA恢復(fù)原貌，恢復(fù)為正常的雙螺旋。

在可見(jiàn)光（300～600nm）活化之下，由光復(fù)活酶催化胸腺嘧啶二聚體分解為單體的修復(fù)機(jī)制如圖6顯示，這也是阿奇茲·桑賈爾研究發(fā)現(xiàn)的。

2.2 堿基切除修復(fù)（BER）

構(gòu)成DNA的腺嘌呤和胞嘧啶會(huì)發(fā)生自然的脫氨基化，生成次黃嘌呤和尿嘧啶，引起損傷。因此，堿基切除修復(fù)途徑主要是修復(fù)單個(gè)堿基受損的情況，包括：N-烷基化嘌呤；5-羥基胞嘧啶；尿素及其他加合物。DNA糖基化酶能識(shí)別，并將它們與糖苷鍵切斷，切除受損的堿基，脫氧核糖上留下無(wú)堿基位點(diǎn)，啟動(dòng)修復(fù)過(guò)程。出現(xiàn)無(wú)堿基位點(diǎn)時(shí)，利用核酸內(nèi)切酶將空位的磷酸鍵移除，形成空缺，最后通過(guò)DNA聚合酶和酶的作用完成修復(fù)過(guò)程[12]。

3 DNA修復(fù)機(jī)制的前景

隨著研究的深入，對(duì)于DNA修復(fù)機(jī)制的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。科學(xué)家用實(shí)際的探索向世界證實(shí)了：DNA修復(fù)并非空談。在了解了DNA修復(fù)機(jī)制的修復(fù)過(guò)程后，針對(duì)DNA修復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行抗腫瘤藥物的研發(fā)，近幾年來(lái)發(fā)展迅速。

細(xì)胞中這么多DNA，全都是從一開(kāi)始受精卵里那兩米長(zhǎng)的DNA復(fù)制來(lái)的。所有化學(xué)進(jìn)程都是不精確的，這幾十億次的復(fù)制之后早就應(yīng)該錯(cuò)得沒(méi)邊兒了，何況細(xì)胞還在每天承受活性分子和輻射帶來(lái)的損傷。但是我們大部分人都活得還挺好，基因也沒(méi)有變成一堆亂碼。我們體內(nèi)有一群蛋白質(zhì)專門(mén)負(fù)責(zé)看管DNA。它們持續(xù)不斷地校對(duì)基因組，發(fā)現(xiàn)損傷就立刻著手修復(fù)[14]。2015年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)表彰的就是發(fā)現(xiàn)這一修復(fù)機(jī)制的化學(xué)家。生命要想存活下去，遺傳物質(zhì)必須相對(duì)穩(wěn)定。最早時(shí)候，人們覺(jué)得DNA本身就特別結(jié)實(shí)，根本就不需要修護(hù)。林達(dá)爾發(fā)現(xiàn)，DNA其實(shí)沒(méi)有人想象的那么結(jié)實(shí)，你要把DNA單獨(dú)拿出來(lái)，它很容易壞，但是在人體內(nèi)卻沒(méi)壞，就證明它肯定是有什么特殊的機(jī)制在起作用。從他才開(kāi)始意識(shí)到我們需要這么一個(gè)機(jī)制。

事實(shí)上，許多類(lèi)型的癌癥就要?dú)w結(jié)于這些機(jī)制的失靈，但得是部分失靈。全部機(jī)制都完好的話，新的錯(cuò)誤就很難產(chǎn)生，癌癥就不容易發(fā)展；但如果所有機(jī)制都?jí)牧耍?xì)胞就承受不了錯(cuò)誤，會(huì)很快死掉。許多癌癥藥物都是以破壞癌細(xì)胞殘存修復(fù)機(jī)制為目標(biāo)的。因此，2015年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)不但增進(jìn)了我們對(duì)細(xì)胞的了解，還可能成為許多拯救生命藥物的來(lái)源。

準(zhǔn)確地說(shuō)，很多種癌癥發(fā)病的一個(gè)重要因素就是某些修復(fù)機(jī)制壞了，為什么會(huì)有癌癥？癌癥是因?yàn)檎５募?xì)胞出現(xiàn)了突變，或DNA出了錯(cuò)，它不按照本來(lái)正常規(guī)定工作去運(yùn)行，修復(fù)機(jī)制完好的時(shí)候，它也不是萬(wàn)能的，之前說(shuō)一般它的修復(fù)率可能一千個(gè)里面會(huì)漏掉一個(gè)，它也會(huì)犯錯(cuò)誤。但是在修復(fù)機(jī)制完好的時(shí)候，癌癥是比較難出現(xiàn)的，一旦眾多修復(fù)機(jī)制有一兩個(gè)壞掉了，這時(shí)候犯錯(cuò)誤的概率大大增加，即細(xì)胞失靈突變成癌細(xì)胞的概率大大增加了。修復(fù)機(jī)制也是隨機(jī)突變導(dǎo)致的，但是現(xiàn)在我們知道，它壞了可以想辦法修復(fù)它，或者是就反過(guò)來(lái)讓它壞得更徹底，讓癌細(xì)胞徹底死掉，這是對(duì)待癌癥思路之一。由此可見(jiàn)，能夠找到適用的DNA修復(fù)機(jī)制就是找到了修復(fù)“生命密碼”，癌癥不再是無(wú)法戰(zhàn)勝的。

4 意義和啟發(fā)

2015年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的三位得主分別發(fā)現(xiàn)了三種DNA修復(fù)機(jī)制，這些基礎(chǔ)研究不僅加深了我們對(duì)于自身運(yùn)轉(zhuǎn)方式的理解，而且有助于繼續(xù)研發(fā)可以拯救生命的治療方法。如果我們回過(guò)頭來(lái)總結(jié)一下，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，他們的身上都具有一些相同的特質(zhì)，這就是好奇心、不迷信權(quán)威和堅(jiān)持到底的精神。

與其同時(shí)代的研究人員都認(rèn)為DNA如此穩(wěn)定、如此強(qiáng)大，完全不需要任何修復(fù)。但托馬斯·林達(dá)爾在做關(guān)于RNA的分子實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于發(fā)現(xiàn)它特別不穩(wěn)定，很容易分解，卻能聯(lián)想到它的近親DNA是否也會(huì)具有相似的性質(zhì)？秉持著這份有依據(jù)的好奇心，他開(kāi)始了一次次的實(shí)驗(yàn)，終于檢測(cè)到DNA也不像普遍認(rèn)為的那樣強(qiáng)大。而阿齊茲·桑賈爾的研究實(shí)際上也是從一個(gè)失敗開(kāi)始的，但他一旦決定了DNA的研究方向，就會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤和失敗展開(kāi)鍥而不舍的追問(wèn)和探究，并最終取得了豐碩的研究成果，也獲得了世人的肯定和激賞。

我們現(xiàn)在也已知，RNA和DNA的修復(fù)機(jī)制是多種多樣的，這也是科學(xué)家們?cè)谇叭搜芯康幕A(chǔ)上不斷摸索前行，開(kāi)拓新領(lǐng)域的結(jié)果。或許，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，不論其研究領(lǐng)域?qū)儆谀膫€(gè)方向，他們的科研經(jīng)歷和共通的品質(zhì)特性，或多或少，都會(huì)對(duì)我們的學(xué)習(xí)有所啟迪！

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