论文标题：Exploring DNA Damage and Repair Mechanisms: A Review with Computational Insights

论文链接：https://www.mdpi.com/2673-6284/13/1/3

期刊名：BioTech

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/biotech

一、引言

DNA 作为生命遗传的核心物质，时刻面临内外环境的持续攻击，人体每天会发生数万至百万次 DNA 损伤事件。这些损伤若无法及时修复，会破坏基因组稳定性，直接诱发癌症、神经退行性疾病及衰老相关病变。DNA 损伤与修复机制因此成为生命科学的核心议题，也是攻克重大疾病的关键突破口。BioTech期刊发表的系统性综述，全面梳理 DNA 损伤类型、修复通路、研究数据库与前沿计算方法，为理解疾病机制、开发靶向疗法提供系统性参考，推动该领域从基础研究走向精准医疗应用。

图1. 修复机制如何通过利用酶来修复 DNA 损伤的过程

二、研究内容和方法

本综述属于系统性文献整合研究，全面汇总近十年 DNA 损伤修复领域的核心成果。研究首先系统归纳外源性辐射、毒素及内源性活性氧等损伤来源，明确碱基氧化、链断裂、错配等主要损伤类型；随后深入解析碱基切除修复（BER）、核苷酸切除修复（NER）、错配修复（MMR）、同源重组（HR）等关键修复通路的分子机制、核心酶类及功能分工；同时梳理 REPAIRtoire、KEGG、DNArepair 等主流数据库，说明其在疾病关联、机制分析中的价值；最后重点介绍蛋白质结构解析、分子动力学模拟、进化预测等计算方法，结合 AlphaFold2 等前沿工具，阐述计算技术在解析修复蛋白功能、预测变异影响中的应用逻辑，为领域研究提供方法学参考。

图 2. DNA 损伤类型及修复机制。展示了三种主要的 DNA 修复机制及其关键因素以及相关的损伤类型。

三、分析与讨论

DNA 损伤与修复构成维持基因组稳定的核心系统，BER、NER、MMR 等通路分工协作，精准应对不同类型损伤：BER 负责碱基轻微损伤修复，NER 处理大面积 DNA 损伤，MMR 纠正复制错配，共同构成严密的防护网络。目前研究已证实，修复基因异常与癌症、神经疾病等密切相关，为疾病早期筛查提供重要分子标志物。但现有研究仍存在局限，多聚焦单一通路，通路间交叉调控、动态协作机制尚未完全清晰，且体外实验难以完全模拟体内真实修复环境，导致部分研究结论与临床实际存在差距。

此外，数据库更新滞后、数据整合度不足，计算模型过度简化生物复杂性，也制约了研究转化效率。当前多数数据库存在数据陈旧、维度单一问题，难以支撑大规模疾病关联分析；计算方法虽能高效预测蛋白结构，但难以还原修复过程中的动态分子互作，导致部分预测结果与实验存在偏差，限制了研究向临床的快速转化。

四、结论与展望

DNA 损伤及修复机制的研究已经持续了数十年，并且在未来与疾病、衰老、癌症等相关的研究中仍将被视为一个重要课题。DNA 修复基因中的突变能够影响并调节个体的癌症易感性，而多态性筛查最近已成为分子流行病学领域中极具潜力的研究方向。靶向基因治疗是一种可能的方法，因为它能够有选择性地修复具有药物敏感性异常的癌细胞的药物敏感性。了解这些机制将有助于为有缺陷肿瘤的患者开发新的治疗方法，以及为卵巢癌和乳腺癌患者选择治疗方案和预后提供帮助。有几种癌症都受到内在和获得性耐药机制的影响，这是一个开发新药物的重要领域。在本综述文章中，作者总结了负责修复 DNA 损伤的 DNA 修复酶、有助于研究人员利用数据科学和数据分析技术研究 DNA 损伤及修复机制的 DNA 修复数据库，以及适合科学家以不同方式开展研究的 DNA 修复计算研究方法。通过在环境化学研究领域开展研究，有毒性基因毒性药物能够减少 DNA 损伤。众多评估通过抑制 RSR 信号通路来使肿瘤对化疗更具反应性的临床试验，可能会为未来开发针对肿瘤细胞的可操作药物提供方向。

未来 DNA 损伤修复研究需聚焦机制深化、技术融合与临床转化，一方面结合单细胞测序、体内成像等技术，解析修复通路交叉调控及细胞微环境影响，阐明疾病特异性修复缺陷；另一方面推动数据库标准化、实时化建设，整合多组学数据，搭建损伤 - 疾病关联平台，同时优化计算模型，融合 AI 技术提升动态模拟精准度。此外，需强化基础与临床衔接，基于修复机制开发靶向药物、基因疗法，为癌症、衰老相关疾病治疗提供新策略，助力精准医疗落地。

Chen J., Potlapalli R., Quan H., et al. Exploring DNA Damage and Repair Mechanisms: A Review with Computational Insights. BioTech, 2024, 13, 3.

期刊介绍

主编：Prof. Dr. Massimo Negrini

期刊Biotech

期刊发表范围涵盖生物制药领域, 通过培育转基因植物、动物或水生生物来解决农业中食品的生产或质量问题，以及在医学领域中采用的新方法；在环境领域中的应用，旨在维护生物多样性并清除污染物；开发能够生产有用化学物质或销毁有害/污染化学物质的生物体或酶；生物信息学方法；以及与生物技术领域中的伦理、哲学和监管方面相关的论文。被ESCI、Scopus、PubMed, PMC, 等多个权威数据库收录。在JCR Biotechnology and Applied Microbiology 类别 排名中位居Q2.

2024 Impact Factor：3.1

2025 CiteScore：5.6

Time to First Decision：21.6 Days

Acceptance to Publication：2.9 Days