编辑推荐：
本文全面综述了天然活性化合物对 DNA 损伤修复（DDR）关键酶的调节作用。这些化合物通过作用于碱基切除修复（BER）、核苷酸切除修复（NER）等通路中的酶，影响癌症、代谢和神经退行性疾病等的发展，为相关疾病治疗提供新思路。
引言
DNA 损伤对基因组稳定性构成重大威胁，细胞会启动 DNA 损伤修复（DDR）机制来应对。DNA 损伤主要有单链断裂（SSBs）和双链断裂（DSBs）两种形式，DDR 系统通过碱基切除修复（BER）、核苷酸切除修复（NER）、错配修复（MMR）、非同源末端连接（NHEJ）和同源重组修复（HRR）等途径进行修复 。此外，还有跨损伤合成（TLS）等耐受途径。
SSBs 是最常见的 DNA 损伤形式，若修复延迟会严重影响基因组稳定性和细胞活力。细胞通过单链断裂修复（SSBR）机制来修复 SSBs，该机制常被视为 BER 的特殊变体，涉及 PARP1 和 XRCC1 等关键酶 。SSBR 过程包括识别 SSBs、处理 DNA 末端、填充 DNA 缺口和连接 DNA 四个阶段。
DSBs 会导致严重的基因组损伤，引发染色体重排，甚至导致细胞死亡。哺乳动物中 DSBs 的修复主要通过 NHEJ 和 HRR 两种机制。NHEJ 在细胞周期的各个阶段都能发挥作用，由 Ku70 和 Ku80 蛋白识别 DSBs，随后 DNA-PKcs、Artemis、Pol X 家族聚合酶和 DNA ligase IV 等参与修复 。HRR 主要在 S 和 G2 期发挥作用，通过 DSB 末端切除、模板指导的序列合成以及退火和连接三个步骤，精确修复 DNA，维持遗传物质的完整性，该过程依赖于重组酶 RAD51 。
近年来，DNA 损伤与免疫疗法的关系备受关注。DNA 损伤在癌症发生发展和免疫疗法疗效中起着双重作用，既促进体内有害过程，又影响免疫疗法效果。了解其与免疫系统的复杂关系，有助于开发新的免疫疗法，提高治疗效果并减少副作用。
中国拥有丰富的天然资源，其中许多化合物具有抗肿瘤潜力，因其选择性细胞毒性和较低毒性，成为预防和治疗肿瘤的潜在候选药物。天然化合物可分为萜类、类胡萝卜素、酚类衍生物、生物碱等多种类型，在预防和治疗癌症、炎症、感染和代谢紊乱等方面发挥重要作用 。本文重点探讨各种天然生物活性化合物对 DDR 机制中关键酶的调节作用及其在疾病发展中的意义。
天然化合物影响 BER 相关疾病发展
生物活性天然化合物可通过靶向 BER 通路中的关键酶影响 DDR。BER 通路中的关键酶包括 8-oxoguanine DNA glycosylase 1（OGG1）、AP endonuclease 1（APE1）、DNA 聚合酶、DNA 连接酶和核酸内切酶（NEIL1）等，它们在修复 DNA 损伤过程中发挥着关键作用 。修复过程相关的基因缺陷会引发恶性肿瘤、炎症、衰老和神经退行性疾病等 。
NEIL1 通过受细胞氧化还原状态和线粒体功能影响的机制调节糖脂代谢。其表达下调与基因组不稳定、线粒体能量生成受损、循环磷脂和甘油三酯水平升高、肝脏炎症反应加剧以及胰岛素分泌过多有关 。黄连素（berberine）可增强胰岛素分泌、改善胰岛素抵抗、抑制脂肪生成、减轻脂肪组织纤维化、缓解肝脂肪变性并改善肠道菌群失调，在治疗代谢紊乱方面具有潜力 。
NEIL1 还通过受氧化应激反应和线粒体功能影响的途径协调糖脂代谢调节。其表达受抑制会导致 DNA 损伤积累、线粒体生物能量学受损、血清脂质谱（包括磷脂和甘油三酯）升高、肝脏炎症和胰岛素调节紊乱 。在帕金森病（PD）模型中，BER 过程通过升高 Endonuclease III-like protein 1（NTH-1）水平诱导基因组应激，促进年龄相关的神经退行性变 。中药中的多种生物活性成分具有神经保护作用，可能通过调节 BER 机制发挥作用。例如，某些补气草药可增强线粒体功能，减轻基因组不稳定，与抑制 NTH-1 途径的保护效果相似 。黄连素在治疗神经退行性疾病方面也具有潜力，它能抑制相关关键酶，减少细胞内氧化应激和神经炎症，刺激自噬，保护神经元免受损伤 。此外，人参皂苷、表没食子儿茶素没食子酸酯、大豆异黄酮、姜黄素、白藜芦醇、丹参酮、藁本内酯、银杏叶提取物和黄芩素等天然化合物也具有神经保护特性 。
NEIL3 作为 BER 通路中的 DNA 糖基化酶，在 DDR 中起着重要作用，尤其是在快速分裂的细胞中。其表达降低会导致神经系统异常，主要病理特征为纹状体中小胶质细胞数量减少和缺氧缺血再灌注事件中神经元祖细胞反应过度 。
槲皮素（quercetin）通过上调包括 OGG1、APE1 和 XRCC1 在内的关键 BER 酶，减轻 1,2 - 二甲基肼诱导的结直肠癌发生，促进更有效的 DDR，显著减少 8-oxo-dG 的形成 。XRCC1 作为 BER 通路中的支架蛋白，与依托泊苷和白藜芦醇联合使用，为非小细胞肺癌（NSCLC）的治疗提供了有前景的策略，白藜芦醇可通过下调 XRCC1 表达增强依托泊苷的化疗敏感性 。黄连素下调 XRCC1 表达，破坏 XRCC1 介导的 BER 通路，不仅损害细胞 DNA 修复机制，还增强了三阴性乳腺癌（TNBC）细胞对化疗药物的敏感性 。崖柏素（Thujaplicins）抑制 X 家族中的 DNA 聚合酶 β 和 λ 的功能，影响 BER 和 NHEJ 通路，增加多种癌细胞对博来霉素和替莫唑胺的敏感性 。利多卡因（lignocaine）可使肺鳞癌细胞中 OGG1 水平升高 。
天然产物在神经内分泌调节中的作用及在癌症和代谢紊乱中的潜在应用
NER 过程包括全局基因组修复（GGR）和转录偶联修复（TCR）两条不同途径 。TCR 用于修复基因组 DNA 中转录阻断的 DNA 损伤（TBL），TBL 的引发会导致转录应激，破坏基因表达的正常调节，引发癌症、加速衰老和神经退行性疾病等严重后果 。TCR 通路的关键酶包括 Cockayne syndrome protein B（CSB）、CSA、UVSSA、RNA 聚合酶 II 等 。GGR 机制在全基因组范围内发挥作用，可在细胞周期的任何阶段修复 NER 相关损伤，主要涉及 CRL4-DDB2 和 Xeroderma pigmentosum complementation group C（XPC）两个关键复合物 。
Excision repair cross-complementation group 1（ERCC1）在调节胰腺 β 细胞活性和胰岛素反应性方面起着关键作用，其与糖尿病及其相关并发症的发生密切相关 。在脂肪组织特异性敲除 ERCC1 的小鼠模型中，DNA 损伤水平升高导致脂肪组织中炎症细胞因子（如白细胞介素 - 6 和肿瘤坏死因子）显著增加，进而导致小鼠出现葡萄糖耐量受损 。从中医角度来看，许多中药具有抗炎和调节代谢的特性，如黄芪和枸杞可能通过调节 DDR 机制或炎症途径增强脂肪代谢调节 。虽然目前没有直接证据表明能靶向 ERCC1 治疗糖尿病的天然产物，但桑树叶多糖具有降血脂、降血糖、抗氧化、抗炎等多种生物活性，还能保护胰岛细胞、减轻胰岛素抵抗和调节肠道菌群 。姜黄素（curcumin）具有广泛的生理和药理作用，包括抗氧化、抗炎、抗癌、神经保护和抗糖尿病等，在预防和治疗糖尿病方面具有显著效果 。黄连（Rhizoma Coptidis）在治疗肿瘤、代谢紊乱和炎症性疾病等方面具有巨大潜力 。然而，这些天然产物的具体药理作用机制仍有待进一步研究。
部分患有着色性干皮病（XP）的个体可能会发展为严重的神经退行性疾病 ——XP 神经疾病，该病会逐渐影响神经系统，导致神经功能严重恶化，降低患者生活质量 。XPA、XPD 和 XPG 基因的突变是 XP 患者神经功能障碍的主要原因，而 XPC、XPE 和 XPV 基因的突变通常与神经异常无直接关联 。多酚作为一种多靶点治疗策略，为治疗神经退行性疾病提供了新的思路，它可以同时影响多个途径，有望改善患者的治疗效果 。木兰碱（Magnoflorine）在治疗神经系统疾病（尤其是阿尔茨海默病（AD））方面具有潜力 。姜黄素在治疗包括 AD 和 PD 在内的神经退行性疾病方面也已显示出一定的疗效 。
辣椒素（capsaicin）可增强厄洛替尼对 NSCLC 细胞的细胞毒性，有效抑制细胞增殖，它通过下调 ERCC1 表达和抑制 AKT 信号通路，提高 NSCLC 细胞对厄洛替尼的敏感性 。Retigeric acid B 通过调节 NER 通路，增强顺铂对激素抵抗性前列腺癌细胞的疗效，还可能通过与 DNA Mismatch Repair Protein 2（MSH2）和 MSH6 蛋白相互作用影响 MMR 系统 。维甲酸（Tretinoin）和奥沙利铂联合应用于胰腺癌细胞系时，通过下调 NER 过程中的关键酶（如 XPA、XPB、XPC、ERCC1、XPD 和 XPF）发挥协同作用 。
NER 相关基因的遗传突变可导致多种遗传性疾病，如 XP、Cockayne 综合征（CS）和光敏性毛发硫营养不良（TTD） 。XP 是一种罕见的常染色体隐性遗传病，患者皮肤对紫外线辐射极度敏感，容易引发皮肤癌 。正常皮肤中存在的染料木黄酮（genistein）可显著减少 UVB 辐射诱导的环丁烷嘧啶二聚体（CPDs）的形成，具有显著的光保护作用 。CS 和 TTD 与 NER 缺陷有关，CS 患者的突变仅影响 TCR，虽然他们对紫外线敏感，但不易患皮肤癌 。XPG 基因的突变可导致 XP 和 CS，不同类型的突变分别影响 NEIL1 活性和转录活性 。
天然产物在肿瘤治疗中的新兴作用：MMR 酶和林奇综合征（LS）
MMR 包含两组关键酶，即细菌 MutLS 系统的同源物。MutS 家族酶包括 MSH2、MSH3 和 MSH6 三种关键蛋白，负责识别和结合错配的 DNA 碱基对；MutL 家族包括 MLH1、MLH3、Postmeiotic segregation increased 1（PMS1）和 PMS2 四种关键蛋白，它们与 MutS 酶协同作用，纠正 DNA 错配，维持基因组完整性，降低疾病（包括恶性肿瘤）的发生风险 。
LS 是由关键 MMR 基因（如 MSH2、MSH6、MLH1 和 PMS2）的生殖系杂合突变引起的，这些基因在纠正 DNA 复制错误中起重要作用，突变会导致修复机制缺陷，显著增加患各种癌症（尤其是结直肠癌）的风险 。EPCAM 基因 3’端的缺失也可引发 LS，该缺失会破坏 MSH2 的正常表达 。与 LS 相关的肿瘤包括结直肠癌、子宫内膜癌、卵巢癌、胃癌、小肠癌、肝胆管癌、泌尿系统癌和皮肤癌等 。携带 MSH6 和 PMS2 突变的个体患乳腺癌的风险显著增加 。在散发性前列腺癌中，微卫星不稳定性（MSI）主要与 MSH2 和 MSH6 基因的功能丧失性改变有关；而在结肠癌和子宫内膜癌中，MSI 主要归因于 MLH1 基因的表观遗传沉默（主要通过 DNA 甲基化） 。目前，虽然 MSH6 在各种肿瘤中的作用仍在研究中，但尚无广泛认可的直接靶向 MSH6 治疗肿瘤的天然产物。榄香烯（Elemene）是从姜科植物中提取的有效倍半萜成分，通过抑制肿瘤细胞 DNA 合成诱导其凋亡，对肺癌、乳腺癌和胰腺癌具有显著治疗效果 。目前，姜黄素、白藜芦醇和大豆异黄酮等多种天然化合物因其抗炎特性，在肿瘤治疗方面的潜在作用正在研究中，它们可能通过调节细胞信号通路、影响基因表达和修复机制等途径，为 LS 相关癌症的治疗提供新的方向 。
深入了解 NHEJ 相关酶：其在代谢和神经退行性疾病中的治疗潜力
NHEJ 涉及的关键酶包括 Ku70/80 蛋白、DNA-PKcs、LIG4、XRCC4 等 。
DNA-PK 是 NHEJ 的关键参与者，也参与 DDR 的多个环节，在脂肪生成的转录调节中发挥重要作用 。DNA 损伤激活 DNA-PK，会破坏骨骼肌的能量代谢，导致胰岛素抵抗增加，加剧代谢功能障碍；而降低 DNA-PK 活性则有助于改善糖脂代谢 。在高脂饮食的小鼠中，降低 DNA-PK 活性可增强葡萄糖耐受性和胰岛素敏感性，降低肥胖和高血糖的发生率 。因此，抑制 DNA-PK 有望成为治疗肥胖和 2 型糖尿病的有效策略 。
肌萎缩侧索硬化症（ALS）是一种严重的神经退行性疾病，其特征是运动神经元逐渐退化，影响上下运动神经元，导致肌肉失神经支配和萎缩，患者逐渐丧失自主运动控制能力 。ALS 的发生和发展与 NHEJ 缺陷有关 。AD 是一种进行性神经退行性疾病，主要影响大脑皮层和海马区域，导致异常蛋白质沉积，破坏神经元之间的突触连接，严重损害高级皮质功能 。有研究表明 AD 的发展与 NHEJ 缺陷可能存在关联，但仍需进一步研究验证 。
在缺血事件后，大脑组织中的氧化还原诱导的核酸改变研究主要集中在评估神经群体的脆弱性。脑血管闭塞后，活性氧（ROS）产生显著增加，诱导神经组织中的分子改变，影响皮质区域和髓鞘化通路，导致基因组不稳定 。芹菜素（apigenin）已被证明可通过下调 NHEJ 中的关键酶 Ku70，对缺血性中风发挥潜在治疗作用 。
染料木黄酮在胶质母细胞瘤和肉瘤细胞中，通过阻止 Ku80 和 DNA-PKcs 的磷酸化，减缓 RAD51 焦点的组装，抑制 HRR 和 NHEJ 途径 。染料木黄酮与 AG1024 联合使用，可协同增强前列腺癌细胞的放射敏感性，通过下调 DNA 修复过程中的关键蛋白（如 RAD51 和 Ku70），提高放疗效果 。鞣花酸（ellagic acid）和贝伐单抗联合用于抗血管生成治疗，可降低 ERCC1 和 XRCC1 表达，影响 DNA 修复，增强肿瘤放射敏感性 。β - 胡萝卜素可诱导胃癌细胞中 ROS 水平升高，激活 caspase-3，降低 Ku 蛋白水平，损害细胞修复 DNA 损伤的能力，诱导细胞凋亡 。
RAD51 及其相关酶在 HRR 中的作用及在癌症治疗中的潜在靶点
RAD51 家族蛋白在所有生物体中都存在，是 HRR 中的关键酶 。HRR 中涉及的其他关键酶包括 BRCA1、BRCA2 和 PALB2，它们在发育异常和肿瘤发生中起重要作用 。
PARP1 是一种多功能蛋白，在检测 DNA 链断裂和协调修复过程中起重要作用，还参与维持细胞内稳态，调节线粒体功能和氧化代谢，影响细胞应激反应，在衰老相关疾病中也发挥重要作用 。在小鼠模型中，过表达 PARP1 会导致肥胖和葡萄糖耐受性降低 。从中医角度看，人参和黄芪等中药可能通过调节 PARP-1 相关途径，改善代谢和炎症状况 。
HRR 相关基因的遗传改变常与雌激素依赖性癌症（如乳腺癌）的发生有关 。黄连素可通过多因素机制增强人乳腺癌细胞的放射敏感性，下调 HRR 通路中关键蛋白 RAD51 的表达，使细胞难以有效修复辐射诱导的 DNA 损伤，从而提高放疗效果 。黄连素与 PARP 抑制剂联合使用，可协同诱导细胞凋亡，抑制肿瘤进展，对卵巢癌细胞也有显著影响，可诱导氧化应激和 DNA 损伤，增强其对 PARP 抑制的敏感性 。黄连素还能有效下调食管癌中 RAD51 赋予的放射敏感性 。染料木黄酮可使大鼠中 BRCA1 表达升高，减少 7,12 - 二甲基苯并 [a] 蒽诱导的乳腺癌发生 。斑蝥素（Cantharidin）可下调关键酶（如 RAD50 和 RAD51）的表达，使胰腺癌细胞对放疗更敏感，同时降低 NCI-H460 人肺癌细胞中 BRCA1 的表达水平 。异荭草素（Isoorientin）在不影响正常细胞的情况下，抑制肝癌细胞（HCC）中的 HRR，与减少 ATM 激活和抑制磷酸化 pATM 与 MRE11RAD50-NBS1 复合物的结合有关 。阿魏酸（Ferulic acid）可通过减少 HRR 中 RAD51 焦点的形成，延长 DSBs 未修复的时间，增强 PARP 抑制剂在乳腺癌治疗中的效果 。β - 崖柏素（β-thujaplicin）通过下调关键酶 RAD51 抑制 HRR，增强骨肉瘤细胞对电离辐射损伤的敏感性 。维甲酸可降低 TNBC 细胞中 PARP1、XRCC1 和 RAD51 的蛋白表达，损害 SSBR、BER 和 HRR 通路 。
增强 DNA 损伤耐受性及靶向 TLS 聚合酶在癌症治疗中的应用
DDR 网络的一个重要特征是具有检测和修复 DNA 损伤以及应对 DNA 复制过程中结构挑战的能力，即 DNA 损伤耐受性（DDT）。DDT 使细胞在面对 DNA 损伤时能够继续进行 DNA 合成，维持基因组稳定性 。TLS 是 DDT 的一种方式，需要特定的 DNA 聚合酶参与，大多数 TLS 聚合酶属于 Y 家族，如大肠杆菌中的聚合酶 IV 和聚合酶 V，哺乳动物细胞中的 Pols η、κ、ι 和 Rev1 等，B 家族 DNA 聚合酶 ζ 在真核生物 TLS 中也起着不可或缺的作用 。
研究表明，多种 TLS 酶与癌细胞对铂类药物的耐药性密切相关 。聚合酶 η 在通过顺铂加合物进行无错跨损伤合成中起重要作用 ，应用链间交联诱导剂会导致体外 Pol η 表达显著上调 。<
