综述：与Miral Dizdaroglu的合作：扩展氧化DNA损伤与衰老和疾病之间的联系

《International Journal of Radiation Biology》：Collaborations with Miral Dizdaroglu: expanding on connections between oxidative DNA damage and aging and disease

　　

目的：Vilhelm A. Bohr与Miral Dizdaroglu之间的长期合作旨在研究氧化DNA损伤和DNA修复机制及其与衰老、神经退行性疾病和疾病的联系。使用气相色谱/质谱（GC/MS）分析，合作旨在识别标准8-氧代鸟嘌呤（8-oxo-Gua）标记之外的其它内源性DNA损伤，如甲酰胺嘧啶鸟嘌呤（FapyGua）和甲酰胺嘧啶腺嘌呤（FapyAde），以确定它们在核DNA和线粒体DNA中的生物学意义和分布。
结果：DNA修复途径：确定OGG1和NTH1为甲酰胺嘧啶的主要糖基化酶，并证明CSB蛋白刺激NEIL1活性。疾病与衰老：发现Cockayne综合征B组（CSB）和色素性干皮病A组（XPA）患者修复特定氧化损伤存在缺陷，将这些缺陷与早衰联系起来。在肺癌中，hOGG1表达降低与8-oxo-Gua水平升高相关。基因组见解：研究人员发现初始DNA损伤诱导在核DNA和线粒体DNA中相似，挑战了线粒体积累显著更多DNA损伤的假设。
结论：研究确定氧化损伤远超8-oxo-Gua，碱基切除修复（BER）缺陷是癌症和神经退行性疾病病理的核心。发现强调多损伤方法对于理解氧化应激与疾病之间的联系至关重要。

**氧化DNA损伤、衰老与基因组区隔化**
该部分研究了氧化DNA损伤与衰老的关系，发现损伤类型具有化学多样性，且核DNA和线粒体DNA中的损伤诱导频率相似，挑战了线粒体DNA更易积累氧化损伤的假设。研究使用大鼠肝DNA分析，未观察到多数损伤随年龄显著增加，也未发现核DNA与线粒体DNA间损伤频率的显著差异。这提示损伤类型、修复动力学和组织背景可能比简单假设更关键。
**大肠杆菌（E. coli）Fpg蛋白对DNA中嘌呤损伤的切除动力学**
该研究首次报告了E. coli Fpg蛋白从氧化损伤DNA中同时切除8-OH-Gua、FapyGua和FapyAde的动力学。研究发现这些嘌呤损伤被Fpg蛋白以相似动力学切除，但DNA底物的性质显著影响切除效率。结果表明，除8-OH-Gua外，Fapy损伤也是Fpg蛋白的重要生理底物，且Fapy损伤在小鼠衰老模型中积累多于8-OH-Gua，提示其可能作为氧化应激和衰老相关损伤的指标。
**DNA中甲酰胺嘧啶的修复涉及不同糖基化酶**
该部分使用含位点特异性Fapy损伤的寡核苷酸和野生型及糖基化酶缺陷小鼠的提取物，研究了FapyGua和FapyAde的修复机制。结果显示，在野生型提取物中，Fapy损伤在核和线粒体提取物中均被高效修复，但在糖基化酶缺陷小鼠中修复能力降低。OGG1和NTH1分别被确定为FapyGua和FapyAde的主要糖基化酶，但组织特异性分析表明，在NTH1表达低时，其它酶如NEIL1可能参与修复。该工作强调了修复酶的分工和组织差异。
**色素性干皮病A组（XPA）细胞对荧光灯诱导氧化DNA碱基损伤的修复缺陷**
研究首次识别出荧光灯（FL）照射诱导氧化DNA损伤，包括5-羟基胞嘧啶（5-OHCyt）、FapyGua和FapyAde。使用气相色谱-同位素稀释质谱检测到这些损伤在培养细胞中增加。在正常细胞和XPA细胞中比较修复动力学，发现XPA细胞对FL诱导损伤的修复显著缺陷，尽管XPA细胞经典上缺乏核苷酸切除修复（NER）。体外实验也验证了XPA提取物对FL损伤DNA的修复能力不足，扩展了XPA缺陷的功能后果。
**hOGG1缺陷与肺癌细胞中的氧化损伤**
该研究检测了18个肺癌细胞系中hOGG1 mRNA的表达，发现两个细胞系（H1650和H226）中hOGG1表达显著降低（约80%），并与8-OH-Gua水平升高相关。核和线粒体提取物中，这些低表达细胞系对8-OH-Gua的切除活性严重降低，而高表达细胞系则正常。结果表明，hOGG1缺陷可能导致DNA修复障碍，与肺癌发展有潜在关联。
**Cockayne综合征作为氧化DNA修复缺陷的模型**
该部分讨论了Cockayne综合征（CS）作为氧化修复缺陷模型的背景。CSB蛋白在转录偶联修复（TCR）中已知，但研究发现其参与更广泛的DNA修复，尤其是碱基切除修复（BER）。CSB缺陷细胞对氧化应激敏感，并积累氧化碱基损伤，提示BER缺陷在CS病理中起重要作用。
**CSB基因产物参与8-OH-Gua和8-OH-Ade的一般基因组BER**
通过定点突变CSB基因的螺旋酶结构域（motif V和VI），研究其在BER中的作用。结果显示，CSB缺陷或突变细胞对电离辐射（IR）更敏感，且修复8-OH-Gua和8-OH-Ade的效率降低。全细胞提取物实验表明，CSB缺陷或突变细胞对含8-OH-Gua底物的糖基化酶/AP裂解酶活性减弱，而其它损伤如5-OH-Cyt或尿嘧啶的修复不受影响。这表明CSB的螺旋酶结构域对氧化嘌呤修复至关重要。
**CS患者原代成纤维细胞对氧化应激诱导的8-OH-Gua和8-OH-Ade修复缺陷**
从11名CS患者和6名健康对照者获取原代成纤维细胞，照射γ射线后分析修复能力。对照细胞中8-OH-Gua和8-OH-Ade在修复期内恢复基线，而CS细胞则显著保留高水平损伤。生化实验也显示CS细胞提取物对含8-OH-Gua和8-OH-Ade底物的切除活性降低，证实BER缺陷是CS的核心分子特征。
**CSB基因敲除小鼠器官中(5′S)-8,5′-环-2′-脱氧腺苷的积累**
研究分析了CSB敲除小鼠（csb-/-）的脑、肝和肾中环嘌呤损伤(5′S)-8,5′-cyclo-2′-deoxyadenosine（S-cdA）的水平。与野生型相比，csb-/-小鼠所有组织中S-cdA水平显著升高，表明CSB参与该损伤的修复，可能通过核苷酸切除修复（NER）途径。该损伤是螺旋扭曲型，可干扰转录，其积累可能贡献于CS的神经退行性表型。
**CSB蛋白刺激NEIL1 DNA糖基化酶修复甲酰胺嘧啶**
该部分研究表明，CSB缺陷小鼠组织中FapyAde和FapyGua基线水平升高。体外实验显示，纯化CSB蛋白增强NEIL1对含Fapy底物的切除活性，且免疫共沉淀和共定位实验表明CSB与NEIL1在人类细胞中物理相互作用。shRNA敲低NEIL1或CSB后，Fapy修复显著受损，进一步支持CSB与NEIL1的功能合作。
**对衰老、神经退行性疾病和DNA修复生物学的广泛影响**
该部分总结了合作成果对更广泛领域的影响。研究扩展到其它早衰疾病如Werner综合征，发现WRN蛋白与BER蛋白相互作用。在阿尔茨海默病（AD）中，死后脑组织显示DNA聚合酶β缺陷，生成的AD小鼠模型（3xTG）中降低Pol beta表达加速了疾病特征，表明BER缺陷促进神经退行性进展。
**结论与展望**
合作研究强调氧化DNA损伤的化学多样性，生物重要损伤远超8-OH-Gua。损伤积累和修复因损伤类型、酶特异性、组织背景和细胞区隔而异。CSB被确定为氧化损伤响应中的核心因子，连接BER、NER、线粒体生物学和疾病病理。这些发现确立了氧化DNA修复在衰老、癌症和神经退行性疾病研究中的关键地位。