一、定義與核心機制

非同源末端連接（NHEJ） 是細胞修復DNA雙鏈斷裂（DSBs）的核心途徑，其核心特征為無需同源模板，直接重新連接斷裂的DNA末端。與同源重組（HR）相比，NHEJ具有速度快、適用范圍廣但精度低的特點，是真核生物中80% DSBs的修復方式。

分子修復流程（三步模型）

1. 末端識別與結合

• Ku70/Ku80異二聚體識別斷裂末端，形成環狀結構保護DNA免受降解，并募集DNA-PKcs（哺乳動物te有）形成DNA-PK全酶復合體。

2. 末端加工

• 斷裂末端若存在損傷或不兼容結構（如黏性末端），由Artemis核酸酶切割，聚合酶μ/λ*缺失堿基。

3. 末端連接

   關鍵特征：連接過程可能引入插入（Insertions）或缺失（Deletions），統稱Indels。

• XRCC4-Ligase IV-XLF復合物催化DNA磷酸二酯鍵形成，完成連接。

二、生物學特性與比較優勢

1. 與同源重組（HR）的對比

2. 核心生物學價值

• 維持基因組穩定性：快速修復輻射、化學毒物等外源損傷導致的DSBs。

• 免疫多樣性生成：介導B/T細胞VDJ重排，產生抗體與T細胞受體多樣性。

• 環境適應性：在資源匱乏或惡劣條件下（如細菌潛伏期），優先啟動NHEJ而非HR。

三、應用場景與技術突破

1. 基因編輯工程

• 基因敲除（Knock-Out）
  CRISPR/Cas9誘導DSB → NHEJ修復引入移碼突變 → 目標基因失活（圖2）。
  案例：構建囊性纖維化豬模型，敲除CFTR基因。

• 基因插入（Knock-In）
  聯合外源DNA模板，NHEJ介導隨機插入（效率高于HR但精度低）。

2. 癌癥治療

• 合成致死策略：
  抑制NHEJ核心蛋白（如DNA-PKcs），增強放療/hua療對HR缺陷腫瘤（如BRCA突變）的殺傷。

• 耐藥性逆轉：
  靶向Ku蛋白克服腫瘤對PARP抑制劑的耐藥性。

3. 微生物工程

• 細菌逆境適應：
  結核分zhi桿菌依賴NHEJ修復潛伏期DSBs，維持基因組完整性。

• 真菌代謝改造：
  敲除NHEJ基因（如LIG4）可提升酵母HR效率1000倍，加速合成生物學應用。