约翰霍普金斯大学医学院细胞工程学研究所的神经科学教授宋红军与明国丽夫妇，作为神经科学领域的杰出学者，长期致力于神经元分子机制的研究，迄今已在国际权威期刊如Cell、PNAS和Nature Neuroscience发表70余篇高水平论文。
2024年7月17日，宋红军和明国丽在《Cell Research》杂志发表文章，推荐了麻省理工学院Madabhushi团队近期发表于Cell杂志的突破性研究，揭示了DNA损伤与修复在神经元基因表达调控中的新机制。
神经元活动诱导的基因表达对于大脑发育、神经可塑性及学习记忆至关重要。该研究首次发现，神经元活动触发早期反应基因启动子区域发生DNA双链断裂（DSB），这一过程是启动这些基因表达的必要条件。
DNA损伤形式包括碱基改变、脱碱基位点、单链及双链断裂等，已被证实是神经系统衰老及多种神经退行性疾病（如帕金森病、肌萎缩侧索硬化症和阿尔茨海默病）的重要致病因素。哺乳动物细胞拥有多条DNA修复通路，其中同源重组和非同源末端连接（NHEJ）是修复DNA双链断裂的主要机制。然而，成熟神经元中这些修复机制无法完全精准修复DSB，导致DNA损伤逐渐累积，可能引发神经退行性病变。
最新研究进一步表明，阿尔茨海默病相关的β淀粉样蛋白能够加剧未修复DNA损伤的积累，提示DNA损伤不仅是细胞压力和脑功能障碍的结果，也与神经元的正常生理功能密切相关。
早期反应基因（Immediate Early Genes, IEGs）是一类对细胞刺激快速响应的基因，编码如c-Fos、c-Myc、c-Jun等转录因子，进而调控晚期反应基因（如神经元中的bdnf和homer1）表达，参与神经突生长、突触发育、兴奋与抑制性突触平衡及认知功能。尽管早期反应基因的表达现象已被观察30余年，其分子调控机制一直未明。
Madabhushi团队利用拓扑异构酶II抑制剂依托泊苷（etoposide）诱导培养神经元中DNA双链断裂，结合转录组测序发现，DNA DSB的形成显著上调了早期反应基因的表达。进一步实验验证了DNA DSB的产生是诱导这些基因表达的必要且充分条件。
该研究支持了一个新兴观点：DNA损伤与修复不仅是病理状态的标志，更是神经元生理活动中基因表达调控的关键机制。这一发现为理解神经元功能调控及神经退行性疾病的发病机制提供了重要分子基础，有望推动相关疾病的诊断和治疗策略创新。