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脯氨酸羟化酶研究进展 宋小莉，苏 娟 (青海大学附属医院，青海 西宁 810001) 【摘要】在氧气受限的情况下，脯氨酸羟化酶（PHD）的活性受到抑制，通过各种机理调节细胞内的氧适应的水平，参与多种疾病的发生、发展。本文对PHD的各种调节机理及信号通路作一综述,以期为PHD相关疾病的治疗提供新的治疗思路及靶点。 【关键词】缺氧；脯氨酸羟化酶；调节机理 【中图分类号】R329.2+6 【文献标识码】A DOI:10.11851/j.issn.1673-1557.2017.05.0 脯氨酸羟化酶（prolyl hydroxylase，PHD)缺氧诱导因子(hypoxia inducible factor，HIF)通路的重要调节因子之一。在氧气受限的情况下，PHD的活性受到抑制，通过各种机理调节细胞内的氧适应的水平，包括mTOR通路、NF-κB通路、细胞凋亡和细胞代谢等， 从而参与多种疾病的发生、发展。本文总结近年来PHD的各种调节机理及信号通路，以期通过研究复杂的机理为PHD相关的疾病的治疗提供新的治疗思路及靶点。 1 PHD的生物学特性 PHD是一类依赖氧、α-酮戊二酸和Fe2+催化的非血红素、铁依赖性加双氧酶。目前发现主要有4种，即PHD1、PHD2、PHD3 和PHD4。但关注热点主要是前3种，PHD1在细胞核中广泛表达，PHD2主要在细胞质表达，PHD3则在细胞核与细胞质中均有表达。PHD1又名HPH3(HIF-prolyl-hydroxylase 3)和EGLN2(egg-laying deficient nine-like protein 2 )，PHD2又名HPH2和EGLN1，PHD3又名HPH1和EGLN3[1]，3种亚基的结构既相似又有不同，其在C端的序列高度同源，但PHD2在N端独有的锌指结构是PHD1和PHD3不具备的。另外，PHD1、PHD2可以羟基化HIF-1α pro402而PHD3却不可以。PHD1 mRNA可以表达于多种组织，其中以胎盘及睾丸组织中最多。而目前PHD2 mRNA研究最多，在许多组织中均存在，PHD3较PHD1及PHD2表达较少，主要在心脏及胎盘中表达[2]。PHD家族成员目前已在多种疾病中扮演重要角色，如炎症、肿瘤、造血、心肌保护、代谢性疾病、骨修复和骨再生[3-6]。 2 PHD的调节机理 HIF蛋白稳定性与活性受到严密调节，HIF-α的羟基化是VHL肿瘤抑制蛋白（von-Hippel-Lindau tumor suppressor protein，pVHL）与其结合的必要条件。HIF-α脯氨酰残基羟基化是其降解的关键，而催化此过程的PHD便是全程限速酶。调节PHD活性的因素包括氧压、作为共同亚基的α-KG、铁离子、抗坏血酸等。 2.1 氧压 PHD作为加双氧酶家族的一员，O2Km值为100 μm，与其他加双氧酶相比，其值明显升高，这就意味着O2对PHD的活性调节至关重要且不能被H2O取代，也是PHD可以作为氧感受器的依据。研究发现，PHD2和PHD3的mRNA表达水平在缺氧比常氧条件下高出10～20倍[7]。PHD通过E3泛素酶Siah1和Siah2调节O2的活性Siah2转录活性被激活，导致PHD1和PHD3下降[8]。缺氧可以导致反应性氧应答（reactive oxygen species，ROS），在线粒体转运链产生复合体Ⅲ，ROS通过调节Fe2+、抗坏血酸、三羧酸的水平来抑制PHD的活性[9]。另外，研究表明[10]，在缺氧条件下NO可以抑制ROS的产生，使得细胞内的O2重新分布，影响PHD的活性。Lee等[11]指出，氧化应激可通过二硫键的形成诱导PHD2发生二聚化作用，使PHD2活性增加，激活下游靶基因，如血管内皮因子、葡萄糖转运蛋白等，参与血管新生及细胞代谢。还指出ROS抑制PHD2的活性，从而参与糖代谢，但具体机理未阐述。 2.2 α-KG α-KG是三羧酸循环的媒介物，α-KG可被谷氨酰胺酶和谷氨酸脱氢酶催化，这些酶激活2个组氨酸残基和1个天冬氨酸残基来协调Fe2+在活区域的活性，导致底物的电子氧化，激活PHD下游基因[12]。PHD大多数产生于线粒体，并通过酮戊二酸-苹果酸转运体使得α-KG由线粒体转运到细胞质。α-KG不可代谢的类似物如甲基乙二酰基甘氨酸（dimethyloxalglycine，DMOG），可竞争性抑制PHD的活性及稳定HIF-1α的活性[13]。另外，TCA中的关键酶，如柠檬酸盐、异柠檬酸盐、延胡索酸、苹果酸盐、草酰乙酸、丙酮酸盐也被报道可以抑制PHD。延胡索酸、琥珀酸盐、草酰乙酸可通过IC50竞争性抑制PHD的3个亚基，其中抑制作用最强的是延胡索酸，最弱的是草酰乙酸。且柠檬酸盐可以有效抑制PHD3，但不能抑制PHD1