非同源末端连接（NHEJ）是一种DNA修复途径，无需长片段同源模板，即可重新连接脱氧核糖核酸（DNA）中DNA双链断裂的两个末端。修复因子会识别、保护并对齐断裂末端，必要时先对末端进行加工，再将其连接。在哺乳动物细胞中，经典非同源末端连接指以Ku和DNA连接酶IV为核心的修复途径，以区别于其他替代性末端连接机制。NHEJ既可能精确恢复原始序列，也可能引起序列变化，具体取决于末端的状态及所需的加工过程。(nature.com)
生物学作用与修复途径的选择
双链断裂可由电离辐射或程序性DNA切割引起，后者包括免疫受体组装过程中涉及的切割反应。NHEJ通过连接现有的DNA末端，而非从另一条DNA分子复制信息，修复意外产生或程序性产生的断裂。它能够处理结构不同的末端，因此是一种灵活的修复机制。不过，重新连接DNA与恢复其原始序列并不一定是同一回事。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)
NHEJ与同源重组有根本区别，后者利用同源序列作为修复模板。修复途径的选择与细胞周期及DNA末端切除有关；DNA末端切除是指降解5′链，以暴露单链3′尾端的过程。当复制形成的姐妹染色单体可供利用时，细胞更倾向于采用同源重组；而NHEJ在G1期尤为重要，在其他时期也保持活跃。53BP1–RIF1通路抑制大范围的末端切除，BRCA1–CtIP则促进形成有利于同源修复的条件。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)
分子机制
末端识别与对齐。 Ku70–Ku80复合物与暴露的DNA末端结合。在哺乳动物细胞中，Ku会招募DNA依赖性蛋白激酶的催化亚基DNA-PKcs。结构研究发现，该过程先形成一个包含Ku、DNA-PKcs、DNA连接酶IV、XRCC4和XLF的远距离复合物，随后形成近距离复合物，使末端对齐，以便加工和连接。因此，这些蛋白质既协调末端的保护与定位，也负责招募催化因子。(nature.com)
末端加工。 相容的末端只需少量修饰，甚至无需修饰，就能连接。其他末端则需要去除妨碍连接的结构，或通过DNA合成填补缺口。Artemis核酸酶与DNA-PKcs协同作用，打开发夹状末端，并加工某些突出端。需要合成DNA时，DNA聚合酶可添加核苷酸。末端加工与连接机制协调进行，并非不受限制的降解过程；生化实验表明，相容末端会受到保护，避免不必要的修饰。(sciencedirect.com)
连接。 DNA连接酶IV与XRCC4结合，并在XLF的辅助下完成连接反应。与其他DNA连接酶一样，它通过形成磷酸二酯键重新连接DNA骨架。XRCC4–连接酶IV复合物对底物具有不同寻常的适应能力：实验表明，在适当条件下，它可以连接某些不相容的末端，并跨越小缺口完成封接。并非所有断裂都需要在连接前经历相同的一系列加工反应。(nature.com)
保真性与替代性末端连接
NHEJ常被描述为易出错的修复途径，但并非每次修复断裂时都必然不准确。直接连接适合的末端可以保留原始序列。相比之下，末端修剪或核苷酸添加可能产生突变，尤其是小片段的插入和缺失。在核酸酶实验中，精确修复可能恢复识别位点，使其再次遭到切割，因此最终观察到的序列变化可能无法充分反映此前发生过的精确修复。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)
经典NHEJ无需碱基匹配即可连接末端，但也能利用连接处的短匹配序列。因此，仅凭微同源序列的存在，无法确定所采用的修复途径。替代性机制包括微同源介导的末端连接，其中经过切除的末端通过短序列匹配实现对齐。DNA聚合酶θ是哺乳动物一种重要替代途径中的关键因子。这些机制在分子层面上不同于依赖Ku–连接酶IV的修复，可能产生缺失或染色体重排。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)
免疫系统功能与遗传性缺陷
NHEJ对V(D)J重组至关重要；这一过程在B细胞和T细胞发育期间组装可变区序列。Artemis加工发夹状编码末端，连接机制则重新连接选定的DNA片段。这一过程产生编码多种抗体和T细胞受体的基因。经典NHEJ也参与类别转换重组，不过，当经典途径的组分缺失时，替代性末端连接仍能支持一定程度的类别转换。(sciencedirect.com)
遗传性缺陷揭示了DNA修复与适应性免疫之间的联系。在患有免疫缺陷、发育异常且细胞对辐射敏感的患者中，已发现编码DNA连接酶IV的基因LIG4存在致病性变异。临床表现各不相同，一些疾病相关变异仍保留部分连接酶活性，而非使其活性完全丧失。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)
细菌系统与基因组编辑
某些细菌中也存在NHEJ，但其分布并不均一。许多细菌系统使用相对精简的修复机制，由Ku同源二聚体和多功能酶LigD组成。视物种而定，LigD可兼具连接、聚合及末端加工活性。对枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）开展的单分子实验表明，Ku能够桥接DNA末端，而LigD可稳定这种相互作用。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
在基因组编辑中，成簇规律间隔短回文重复序列（CRISPR）系统的核酸酶，如Cas9核酸酶，会造成DNA断裂，再由细胞的修复途径进行修复。末端连接可产生插入或缺失，从而破坏目标基因，但其结果取决于局部序列背景和修复机制。无模板修复的产物不一定是随机的，也不能全部归因于经典NHEJ。实验还发现，Cas9切割后可能出现较大片段的缺失及复杂重排，其影响范围可超出切割位点附近的区域。(nature.com)