DNA修复是细胞检测并纠正脱氧核糖核酸损伤或复制过程中产生的序列错误的一系列过程。这些过程通过逆转化学修饰、替换受损部分或重新连接断裂的链，维持基因组的完整性。修复依赖专门的蛋白质，其中包括能够识别损伤并重建DNA的酶。不同的修复途径处理不同的问题，而且修复并不总能完全恢复原始序列。(ncbi.nlm.nih.gov)
DNA损伤的来源与后果
即使在正常的细胞环境中，DNA也容易发生化学损伤。自发反应可使碱基脱落或改变其化学性质；例如，脱氨反应会将胞嘧啶转变为尿嘧啶。代谢过程中产生的活性化合物可损伤碱基和糖—磷酸骨架。紫外线、电离辐射及某些化学物质等环境因素也会造成损伤。这些损伤包括轻微的碱基修饰、体积较大的加合物、交联，以及单链或双链断裂。(ncbi.nlm.nih.gov)
损伤与突变并不相同。损伤是化学或结构上的异常，而突变则是DNA序列的持久改变。损伤可能阻碍DNA复制或转录（生物学），导致细胞死亡，也可能在复制不准确时引发突变。即使此前未发生化学损伤，复制过程也可能引入碱基错配或小的插入—缺失环。因此，修复系统既维护DNA结构的连续性，也保障其编码信息的准确性。(ncbi.nlm.nih.gov)
直接逆转与切除修复
直接逆转无需切除并替换DNA片段，即可使受损DNA恢复原状。在许多生物中，光裂合酶利用光能逆转某些由紫外线引起的嘧啶二聚体，但人类缺乏这种修复机制。另一个例子是MGMT蛋白从O⁶-甲基鸟嘌呤上移除烷基：该蛋白接受这一基团，并在此过程中失活。这些机制的底物特异性相对较窄。(ncbi.nlm.nih.gov)
**碱基切除修复（BER）**主要纠正体积较小、不会形成大体积结构的碱基异常。DNA糖基化酶识别并移除不应存在或已受损的碱基，留下一个无碱基位点。随后，其他酶处理该位点及其周围的骨架。DNA聚合酶以完整的互补链为模板，填入适当的一个或多个核苷酸，再由DNA连接酶封闭剩余的切口。BER既可替换单个核苷酸，也可替换一小段核苷酸。(ncbi.nlm.nih.gov)
**核苷酸切除修复（NER）**负责清除使双螺旋发生畸变的大体积损伤，包括紫外线诱导的光产物。修复蛋白在损伤两侧切开受损链，并移除其间的寡核苷酸片段。随后通过DNA合成填补缺口，再进行连接。在人类中，全基因组NER广泛检查DNA，而转录偶联NER则优先处理模板链上阻碍转录的损伤。(ncbi.nlm.nih.gov)
错配修复
DNA错配修复纠正复制过程中未被聚合酶校对机制清除的碱基错配和小的插入—缺失环。其核心难题是识别新合成的链，否则错配碱基对中的任一碱基都可能被替换。不同生物区分新旧链的机制各不相同；某些细菌依赖甲基化进行区分，但这并不是普遍适用的机制。(ncbi.nlm.nih.gov)
识别错配后，修复系统会移除新生链中包含错误的一段。随后，聚合酶以亲代链为模板重新合成这一区域，连接酶则完成最后的修复。因此，错配修复与校对不同：校对发生在DNA合成过程中，而错配修复为合成后仍残留的错误提供额外的纠正机制。(ncbi.nlm.nih.gov)
链断裂的修复
修复单链断裂需要恢复具有适当化学性质的末端，必要时补入缺失的核苷酸，然后进行连接。双链断裂的后果尤其严重，因为两条链都已断开；未被修复或错误连接的断裂可能造成遗传物质丢失或染色体重排。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)
**同源重组**通过从同源DNA分子中获取序列信息来修复断裂。在正在分裂的哺乳动物细胞中，姐妹染色单体通常是首选模板。断裂末端经处理后暴露出单链DNA，后者与模板配对，使DNA合成得以跨越受损区域。这种机制能够准确恢复缺失的信息，但重组也可能造成重排，具体取决于所用的底物和途径。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
**非同源末端连接（NHEJ）**无需具有大范围同源序列的模板，即可重新连接断裂的DNA末端。相容的末端可以准确连接，但末端处理可能引入插入或缺失。NHEJ在不进行复制的细胞中十分重要，也参与程序性的V(D)J重组，后者负责组装抗原受体基因。(niehs.nih.gov)
协调与损伤耐受
修复是更广泛的DNA损伤应答的一部分，后者协调损伤识别、信号传导和细胞周期调控。检查点可以延缓细胞周期的推进，为受损DNA在被复制或分配到子细胞之前得到修复争取时间。这些调控反应本身并不等同于化学层面的修复。(ncbi.nlm.nih.gov)
细胞也能够暂时耐受损伤。跨损伤DNA合成利用专门的聚合酶，复制那些因损伤而阻碍常规复制的模板。这种绕过损伤的过程不一定会清除损伤，而且可能引发突变。因此，损伤耐受与修复是相互关联但不同的策略。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)
与疾病的关系及研究历史
修复途径的遗传性缺陷可增加癌症易感性。林奇综合征涉及影响错配修复的遗传性异常。BRCA1和BRCA2参与DNA同源修复，某些有害的遗传性变异会增加乳腺癌、卵巢癌及其他癌症的风险。易感性增加并不意味着必然患癌。修复缺陷也会影响肿瘤对DNA损伤性治疗和PARP抑制剂的反应。(cancer.gov)
2015年诺贝尔化学奖授予托马斯·林达尔、保罗·莫德里奇和阿齐兹·桑贾尔，以表彰他们对DNA修复机制的研究。他们的工作分别从分子层面阐明了碱基切除修复、错配修复和核苷酸切除修复的机制。(nobelprize.org)