{
  "id": "base-excision-repair",
  "title": "碱基切除修复",
  "lang": "zh-Hans",
  "source_lang": "en",
  "summary": "碱基切除修复是一种 DNA 维护途径，可移除受损或不适当的碱基，并通过局部 DNA 合成与连接修复受影响的链。",
  "category": "science",
  "subcategory": "biology",
  "type": "concept",
  "aliases": [
    "BER"
  ],
  "generated_at": "2026-10-05",
  "model": "pro/gpt-6.1-sol",
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      "url": "https://aiwiki.page/en/base-excision-repair/",
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  },
  "sections": [
    {
      "heading": "",
      "text": "**碱基切除修复（BER）**是一种DNA修复途径，可纠正DNA中经化学修饰或不适当的碱基，尤其是不会明显扭曲双螺旋结构的损伤。修复通常始于 DNA 糖基化酶移除单个碱基，在 DNA 骨架上留下缺碱基的糖。随后的一系列反应会处理该位点、替换受影响的 DNA，并封合 DNA 链。BER 有助于保护遗传信息，避免其因自发性化学变质和环境因素造成的损伤而受损。(nobelprize.org)"
    },
    {
      "heading": "BER识别的损伤",
      "text": "DNA 链不会因碱基发生化学变化而立即断裂。BER 可识别许多这类改变，包括氧化、脱氨以及某些烷基化反应产生的产物。BER 的典型起始步骤是识别改变后的碱基，而不是移除一段较长且结构已发生扭曲的 DNA。(nobelprize.org)\n\n以下两个例子体现了该途径的特异性：\n\n- **DNA中的尿嘧啶：**脱氨会使胞嘧啶转变为尿嘧啶。尿嘧啶-DNA 糖基化酶移除尿嘧啶，随后修复过程以对链上的鸟嘌呤为模板，将胞嘧啶恢复。糖基化酶反应本身会释放碱基，但不会立即切断糖-磷酸骨架。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)\n- **8-氧代鸟嘌呤：**鸟嘌呤氧化会产生8-氧代鸟嘌呤，它在DNA复制过程中可能与腺嘌呤错配，从而促进突变。当该损伤与胞嘧啶配对时，人类糖基化酶 OGG1 会优先将其移除。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)\n\n因此，BER 包含多种损伤识别途径，这些途径汇聚到相近的下游处理反应；它并非由一个对所有受损碱基都具有相同特异性的单一酶系统组成。(nobelprize.org)"
    },
    {
      "heading": "分子机制",
      "text": "碱基识别与切除\n\nDNA糖基化酶是一种酶，可识别特定碱基底物，并切断连接碱基与脱氧核糖的 N-糖苷键。许多糖基化酶会将目标碱基从 DNA 螺旋中翻出，置于催化口袋内，以此检查底物。切除后会留下一个无碱基位点，也称为 AP 位点，即无嘌呤或无嘧啶位点。初始的碱基移除反应之后，糖及其周围的骨架仍然保留。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)\n\n不同糖基化酶的催化能力各异。有些只移除碱基；另一些还具有 AP 裂解酶活性，可切断无碱基位点处的骨架。例如，哺乳动物 OGG1 既能催化碱基移除，也能处理缺碱基的糖。所形成的中间产物决定后续需要哪些反应。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)\n\n骨架切割与末端处理\n\n在由移除碱基的糖基化酶启动的哺乳动物经典途径中，AP核酸内切酶 APE1 会在无碱基位点的 \\(5'\\) 侧紧邻处切断一个磷酸二酯键。这一反应会产生一个 \\(3'\\)-羟基和一个 \\(5'\\)-脱氧核糖磷酸残基。羟基可作为修复合成的起始端，而残留的糖-磷酸基团则必须先被移除，DNA 链才能完全封合。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)\n\nDNA聚合酶β具有两种相关活性：合成替代 DNA，并通过其 dRP 裂解酶活性移除 \\(5'\\)-脱氧核糖磷酸。这是同一种蛋白质中的两种不同催化功能。因此，成功完成 BER 不仅需要插入正确的碱基，还需要形成化学性质适合修复的 DNA 末端。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)\n\n修复合成与连接\n\n聚合酶以互补链为模板填补修复缺口。随后，DNA连接酶封合剩余的切口，恢复骨架的连续性。研究人员使用纯化的人尿嘧啶-DNA 糖基化酶、AP 核酸内切酶、聚合酶β和连接酶III，对尿嘧啶-鸟嘌呤底物进行了实验性修复。辅助蛋白 XRCC1 与聚合酶β和连接酶III相互作用，起协调支架作用，而不是直接催化这些反应的酶。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)"
    },
    {
      "heading": "短片段与长片段修复",
      "text": "BER 可以替换单个核苷酸，也可以替换一小段 DNA。这两种方式分别称为短片段修复和长片段修复。\n\n特征 | 短片段BER | 长片段BER\n替换范围 | 一个核苷酸 | 数个核苷酸\n哺乳动物中的代表性聚合酶 | 聚合酶β | PCNA依赖系统中的聚合酶δ\n无碱基糖残基的移除方式 | dRP裂解酶活性 | 将残基置换到DNA瓣中，随后由核酸酶切割\n完成方式 | 填补缺口并封合切口 | 延伸合成、移除DNA瓣并封合切口\n\n这些差异已通过使用纯化蛋白质进行的生化重构实验得到证实。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)\n\n在长片段修复中，DNA 合成会置换现有链的一部分，产生一个含有待移除物质的 DNA 瓣。瓣状结构核酸内切酶1（FEN1）会切割这一结构。研究人员已利用 AP 核酸内切酶、复制因子C、PCNA、FEN1、聚合酶δ和连接酶I，重构出一种 PCNA 依赖的人类修复系统。“长片段”描述的是替换合成的范围，并不意味着起始损伤本身一定很大。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)"
    },
    {
      "heading": "细胞核与线粒体中的修复",
      "text": "BER 同时作用于细胞核 DNA 和线粒体 DNA，但参与其中的聚合酶及其相对贡献未必相同。在纯化的线粒体 BER 系统中，人类聚合酶γ能够填补单核苷酸缺口，并移除脱氧核糖磷酸。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)\n\n早期将聚合酶γ描述为唯一线粒体 DNA 聚合酶的说法并不完整。实验研究已在几种哺乳动物细胞类型的线粒体中检测到聚合酶β，并证明它参与线粒体修复。因此，应根据研究的组织或实验系统来描述其作用，而不应假定聚合酶β不存在于线粒体中。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)"
    },
    {
      "heading": "损伤移除以外的作用",
      "text": "BER 机制也参与调控DNA甲基化的变化。在一种主动去甲基化途径中，TET 酶会氧化甲基化的胞嘧啶衍生物，而胸腺嘧啶 DNA 糖基化酶会移除包括5-甲酰胞嘧啶和5-羧基胞嘧啶在内的产物。下游修复过程可用未修饰的胞嘧啶替换被切除的残基。这使碱基切除与表观遗传学调控相联系：BER 的底物并非总是意外产生的损伤，也可能是 DNA 受控修饰过程中的中间产物。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)"
    },
    {
      "heading": "生物学意义与局限",
      "text": "一种已确立的人类疾病关联是MUTYH相关性息肉病。MUTYH 编码一种参与碱基切除修复的 DNA 糖基化酶；若遗传自父母双方的拷贝都发生致病变异，就会导致一种常染色体隐性遗传疾病，并显著增加结直肠癌症风险。这说明，特定损伤处理活性的丧失会损害基因组维护。(medlineplus.gov)\n\n修复并非在每个中间阶段都必然无害。BER 会暂时产生无碱基位点和链断裂。当多个损伤位点彼此接近，尤其是分布在相对的两条链上时，对它们的处理可能造成双链断裂或增加发生突变的可能性。针对簇集损伤的实验表明，损伤处理的先后顺序及位点间距会影响修复是恢复 DNA，还是造成后果更严重的损伤。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)\n\nBER 也不同于另外两种主要的切除修复途径。核苷酸切除修复会移除含有紫外线诱导损伤等病变的 DNA 片段，而DNA错配修复则会纠正与 DNA 复制相关的碱基配对错误。BER 的定义性特征是以移除单个碱基作为修复起始步骤。(nobelprize.org)"
    },
    {
      "heading": "发现",
      "text": "一项奠基性发现是 Tomas Lindahl 于1974年从细菌大肠杆菌中鉴定出一种酶，该酶能够从含有脱氨胞嘧啶的 DNA 中释放尿嘧啶。这一发现表明，修复反应针对的是碱基-糖键，而非首先切断 DNA 骨架。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)\n\n后续生化研究鉴定了下游反应活性，并利用纯化的人类蛋白质重构了修复过程。Lindahl 与 Paul Modrich 和 Aziz Sancar 共同获得2015年诺贝尔化学奖，以表彰他们对 DNA 修复机制的研究，分别认可了他们在碱基切除修复、错配修复和核苷酸切除修复方面的工作。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)"
    }
  ],
  "links": [
    "dna-repair",
    "dna",
    "dna-replication",
    "mutation",
    "enzyme",
    "phosphodiester-bond",
    "dna-polymerase",
    "dna-ligase",
    "nucleotide",
    "mitochondrion",
    "dna-methylation",
    "epigenetics",
    "cancer",
    "dna-mismatch-repair",
    "bacteria",
    "nobel-prize-in-chemistry"
  ],
  "sources": [
    {
      "title": "Scientific Background on the Nobel Prize in Chemistry 2015: Mechanistic Studies of DNA Repair",
      "url": "https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/advanced-chemistryprize2015-1.pdf"
    },
    {
      "title": "An N-glycosidase from Escherichia coli that releases free uracil from DNA containing deaminated cytosine residues",
      "url": "https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/4610583/"
    },
    {
      "title": "A mammalian DNA repair enzyme that excises oxidatively damaged guanines maps to a locus frequently lost in lung cancer",
      "url": "https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9197244/"
    },
    {
      "title": "Reconstitution of DNA base excision-repair with purified human proteins: interaction between DNA polymerase beta and the XRCC1 protein",
      "url": "https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC452490/"
    },
    {
      "title": "Modulation of the 5'-deoxyribose-5-phosphate lyase and DNA synthesis activities of mammalian DNA polymerase beta by apurinic/apyrimidinic endonuclease 1",
      "url": "https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15078879/"
    },
    {
      "title": "Excision of deoxyribose phosphate residues by DNA polymerase beta during DNA repair",
      "url": "https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/7624801/"
    },
    {
      "title": "Human DNA polymerase beta deoxyribose phosphate lyase. Substrate specificity and catalytic mechanism",
      "url": "https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9614142/"
    },
    {
      "title": "Reconstitution of proliferating cell nuclear antigen-dependent repair of apurinic/apyrimidinic sites with purified human proteins",
      "url": "https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/10559261/"
    },
    {
      "title": "Identification of 5'-deoxyribose phosphate lyase activity in human DNA polymerase gamma and its role in mitochondrial base excision repair in vitro",
      "url": "https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9770471/"
    },
    {
      "title": "DNA polymerase β outperforms DNA polymerase γ in key mitochondrial base excision repair activities",
      "url": "https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33540226/"
    },
    {
      "title": "DNA Polymerase Beta Participates in Mitochondrial DNA Repair",
      "url": "https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28559431/"
    },
    {
      "title": "Tet-mediated formation of 5-carboxylcytosine and its excision by TDG in mammalian DNA",
      "url": "https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21817016/"
    }
  ],
  "license": "https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"
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