NHEJ通过DNA连接酶的直接作用将断裂的DNA双链重新连接起来，是哺乳动物细胞DSBs的重要修复方式^[1]。NHEJ不需要完整的同源序列，重组形成的DNA的两条链的同源性较差^[2]。它直接连接DNA断端，没有复杂的修复过程，修复DSBs快速但不准确。最简单的NHEJ是连接互补的断端，最初的序列可以恢复。NHEJ也能连接非互补的断端，这种修复方式有发生突变的可能。但对具有庞大基因组的哺乳动物细胞来说，发生错误的位置可能并不在编码DNA的序列上，细胞存活更为重要。NHEJ因没有任何修饰，难免会有少量DNA插入或缺失，对于非同源或不配对的序列来说，并不影响其修复的完成。

HR的主要特性是同源序列互补配对，重组常常只发生在两个DNA分子中的相同部位，发生交换的DNA的两个区域的核苷酸序列必须是相同或很相似。在细菌、噬菌体和酵母中，HR是非常精确的DSBs的修复方式。

HR的同源序列来源于姐妹染色单体、同源染色体或DNA重复序列，通常情况下HR通过产生两个完整的拷贝而准确修复^[3]。HR的作用机制包括3个过程：①DNA损伤位点的加工处理；②链侵入和修复合成；③Holliday中间体的形成与解离。HR过程中需要很多蛋白的参与，包括Rad51、Rad52、Rad54、遗传性乳腺癌和卵巢癌易感基因1（hereditary breast and ovarian cancer susceptibility gene, BRCA1）、BRCA2、Rad51同系物（Rad51b、Rad51c和Rad51d）、X射线修复交叉互补基因2（X ray repair cross complementing gene 2, XRCC2）、XRCC3和MRN复合体（由Mre11、Nbs1和Rad50 3个蛋白质组成的基因修复复合体）等。除了上述直接参与HR的蛋白，还有大量参与启动损伤反应和细胞周期调控的分子，也参与DNA的修复过程，如毛细血管扩张性共济失调突变基因（ataxia telangiectasia mutated, ATM）、毛细血管扩张性共济失调突变和Rad3相关基因（ATM and Rad3-related, ATR）和DNA依赖蛋白激酶（DNA-dependent protein kinase, DNA-PK）。

DNA-Pk是一种核内丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，属于磷脂酰肌醇-3蛋白激酶家族，是参与NHEJ修复的最重要的功能蛋白。DNA-PK由3个亚基组成，分别为一个DNA-PK催化亚基(DNA-PK cataly-tic subunit, DNA-PKcs)和两个DNA结合亚基，即Ku70/Ku80异二聚体^[4]。

DNA-PKcs是NHEJ中最重要的蛋白因子，能使多种核内调节蛋白（如P53、视网膜母细胞瘤蛋白等）磷酸化，对转录、复制、重组和DNA的修复起调节作用^[5]。DNA-PKcs能够直接与DSBs损伤处的单链DNA区域结合，激活自身的丝氨酸/苏氨酸酶活性，可发生自身磷酸化，从而影响整个复合物分子的构象变化，使得末端加工酶和连接酶可以接近双链DNA断裂末端，完成NHEJ修复。DNA-PKcs自身磷酸化是该蛋白定位于DNA损伤位点和双链断裂重接所必需的。

Ku蛋白的名称来源于一自身免疫病患者姓氏的起始字母，能被多种自身免疫病患者的血清识别，广泛存在于哺乳动物细胞核内。Ku蛋白由Ku70/Ku80异二聚体组成，是DNA-PK的组分，主要功能是参与NHEJ修复机制修复DSBs^[6]。Ku蛋白能非特异性地结合于DNA断裂处，招募DNA-PKcs分子与DNA结合，Ku与DSBs的结合并不需要其他蛋白质因子，在NHEJ中，它能最早感应并结合到DSBs末端，并为后续蛋白的结合与组装提供支架^[7]。此外，Ku蛋白在维持端粒结构稳定性、免疫球蛋白V（D）J重排和调控特定基因转录等过程中起着重要作用。

XRCC5基因产物是Ku80蛋白，xrs-5、xrs-6和XR-V15B均为XRCC5基因缺陷细胞系。有研究表明，xrs-5和xrs-6突变株由于缺乏编码Ku80的XRCC5基因，DSBs的修复能力缺失，因此对射线敏感；而当把Ku80 cDNA转染到xrs-5和xrs-6细胞株后，xrs-5细胞原来缺乏的对免疫球蛋白V（D）J重组修复的能力得到纠正，xrs-6细胞对辐射的耐受性明显增强^[8]。

XRCC4蛋白是一种核磷酸蛋白，该蛋白中心区与连接酶Ⅳ作用形成复合物，在NHEJ中被DNA-PK募集，参与DSBs修复^[9]。XRCC4基因缺陷的小鼠胚胎细胞由于DSBs不正确的修复而导致胚胎死亡，同时缺陷细胞系具有对辐射敏感、染色体不稳定性和免疫球蛋白V（D）J重组受损等表型。若把该基因转染到缺乏DSBs修复能力且对辐射敏感的XR-1突变细胞中，能使此细胞获得DSBs修复功能并改变其辐射敏感性。

XRCC7基因是负责DSBs修复的基因，其编码产物为P350蛋白，是DNA-PK的组成部分，在NHEJ中起着重要作用^[10]。敏感细胞株如V3、scid、irs20、SX9、XR-C1以及XR-C2等因DNA链修复缺陷而表现出对电离辐射的敏感性增高，诱发染色体不稳定性。XRCC7基因缺陷细胞系表现为双链断裂重接和免疫球蛋白V（D）J重组缺陷。当把该基因转染到有DSBs修复缺陷的辐射敏感突变细胞中后，其DSBs的重接速率和水平显著增加，对辐射的耐受性也明显提高。

小鼠Rad51蛋白是在哺乳动物细胞中发现的第一个HR相关蛋白，随后又发现了人的Rad51蛋白（HsRad51）。HsRad51与酵母Rad51的同源性高达83%，与大肠杆菌RecA蛋白的同源性达55%。HsRad51能在其N末端形成与酵母Rad51和RecA蛋白相同的表面环状或丝状的构型，用以结合DNA分子。在人类细胞DSBs的HR修复中，Rad51基因家族[包括Rad51和5个Rad51同系物（XRCC2、XRCC3、Rad51b、Rad51c和Rad51d）]所介导的HR修复有利于维持基因组的稳定性，抵抗各种细胞毒性因子对DNA的损害^[11]。Rad51蛋白表达水平的失调则可促进肿瘤的发生和发展，并影响肿瘤的治疗效果和患者的生存率^[12]。

Rad51是催化断裂的DNA双链与完整的同源DNA姐妹链进行链间转移置换的关键酶，当DNA出现双链断裂时，Rad51蛋白的表达增高，并在Rad52的引导下，与DNA受损部位结合，形成聚合于DNA 3’端的Rad51核蛋白丝。Rad51核蛋白丝是一个松散的螺旋结构，催化寻找同源靶点序列，使受损的DNA链进入同源姐妹染色体的同源序列中，在损伤链的断裂部位，完整的同源DNA单链可形成一个D环与损伤链交叉，以利于DNA损伤部位的重新合成，最后两条单链之间的霍利迪连接在Rad51c-XRCC3或Rad51c的作用下解旋。

XRCC2是HR修复蛋白RecA/Rad51家族中一个关键的组成成分，其功能是把Rad51招募到断裂的DNA末端^[13]。XRCC2与Rad51b、Rad51c、Rad51d结合形成的复合物与单链DNA和双链DNA连接，促使Rad51识别DNA的双链断裂位点和促进Rad51-DNA细丝的装配，在HR修复的早期阶段发挥重要作用^[14]。

XRCC2表达失调可降低HR修复的准确性，破坏与其他重组修复途径及DNA损伤检查点之间的平衡，引起基因组的不稳定，进而促进肿瘤的发生和发展。XRCC2基因的表达缺失可引起核心蛋白Rad 51产生缺陷，导致DNA损伤得不到有效修复，从而增加自发的染色体畸变和染色体异常分离的风险。研究发现，与母代细胞株相比，XRCC2基因缺失的仓鼠细胞可导致DSBs引发的HR修复功能降低100多倍。但当用表达XRCC2的质粒转染后，其修复能力则提升至接近野生水平^[15]。

XRCC3基因是哺乳动物中重要的DNA修复基因，在参与DSBs的修复过程中起重要作用。在DNA损伤的修复过程中，XRCC3与DNA聚合酶Ⅲ结合参与以Rad51为中心的重组复合体的形成^[16]，XRCC3对此复合体的形成和稳定发挥作用。哺乳动物的XRCC3基因编码类似于酵母中Rad51样蛋白，在维持基因组稳定性上起着非常重要的作用。XRCC3基因缺陷细胞系irs1SF对多种DNA损伤剂呈现敏感的表型，具有自发的遗传不稳定性，表现为染色体畸变率升高。当用表达XRCC3的载体转染irs1SF细胞后，可以将其对辐射和DNA交联剂的耐受性提高到野生型水平，细胞核内能够重新形成Rad51的核心点。

BRCA1是用定位克隆技术成功克隆出的第一个与家族性乳腺癌和卵巢癌相关的基因。BRCA1蛋白是带有保守氨基酸末端环指结构域和羧基末端转录激活域的核内磷酸化蛋白，通过与细胞中的功能调节蛋白相互结合，参与细胞周期、基因和蛋白稳定、中心体复制、DNA损伤修复、核转录活性和细胞凋亡等众多生物学功能^[17]。

BRCA1蛋白自身和（或）与其他DNA修复蛋白的相互作用参与DNA的损伤修复，或通过调控其他修复因子的表达水平介导DNA的损伤修复。当DNA发生损伤后，首先由DNA损伤传感器进行探测并发出损伤信号，通过ATM-ATR-检测蛋白2传导，在BRCA1的招募下，多个修复蛋白形成复合体，共同定位到损伤部位并进行修复。其中比较重要的BRCA1蛋白复合体分别是BRCA1-BRCA2-Rad51-范可尼氏贫血互补组D2蛋白四聚体、BRCA1-Rad50-Mre11-NSB1（NSB1为同源重组修复蛋白类）四聚体、BRCA1-MSH2-MSH6（MSH为DNA错配修复蛋白类）三聚体和BRCA1-Bloom综合征蛋白通路。

DNA损伤后，BRCA1、BRCA2和Rad51同时聚集到DNA损伤部位进行修复。如果缺少BRCA1，则BRCA2和Rad51就不能形成聚集进行DNA损伤修复。在BRCA1基因表达缺失的细胞中，射线诱导DNA损伤后，BRCA1-Rad50-Mre11-NSB1也同样不能发生聚集。

生物体DSBs修复是当前生命科学研究领域的热点。通过对DSBs修复通路机制的阐明，新的DNA损伤修复蛋白不断被发现，丰富了人们对于DNA修复机制及功能的认识。深入研究DNA修复蛋白如何在人类最常见的肿瘤疾病中发挥作用，有助于进一步了解基因突变导致肿瘤发生发展的过程，给肿瘤的治疗提供更多新靶点和新方法。