2019年诺贝尔生理学或医学奖授予哈佛大学的William"Bill" G. Kaelin、牛津大学的利夫Peter J. Ratcliffe和约翰·霍普金斯医学院的Gregg L.Semenza，以表彰他们“在理解细胞感知、适应氧气变化机制中的贡献”。近年来，由Gregg L.Semenza发现的HIF（Hypoxia-Inducible Factor）作为主要的氧气调控因子，科学家围绕HIF做了大量的研究。今天，我们就来说一说HIF主要的调节器——脯氨酰羟化酶(prolyl hydroxylase domain，PHD)及其研发管线。

图1. William G. Kaelin Jr（左），Sir Peter J. Ratcliffe （中），Gregg L. Semenza （右），图片来源于诺奖官网

今年的生理学诺获奖者因揭示了低氧信号对生理学机制的重要性而获此殊荣，这一研究为治疗贫血、癌症和许多其他疾病的低氧相关疾病打下了扎实基础。

在聊PHD之前，我们不得不先聊聊HIF，HIF由Semenza等人于1992年发现，它是一种异二聚体转录因子，由一个氧高度敏感因子HIF-α和HIF-β组成。缺氧条件下，HIF-α和HIF-β二聚化进一步激活转录因子p300, 并与缺氧反应元件HRE结合，从而调控多种基因表达，比如红细胞生成, 线粒体代谢和血管生成等。在常氧条件或机体受到损伤时，HIF-α可以被PHD酶羟基化，导致其快速被林希因子VHL识别并被泛素化降解（图2）。

图2. HIF信号调节通路（来源于参考文献3）

常氧条件下，HIF-α脯氨酸残基( Pro402、Pro564、Pro531，Pro490 ，PHD酶催化Pro564的米氏常数Km较低，所以Pro564在HIF调控中占有重要地位)可以被PHD酶羟基化，导致其快速被林希因子VHL识别并被泛素化降解。而在低氧条件下，HIF-α可以避免被羟基化，从而入核与HIF-β二聚化促进下游相关基因的表达，如EPO等。

PHD酶主要包括PHD1、PHD2以及PHD3，其中PHD1主要分布于细胞核中，PHD2分布于细胞质中，PHD3细胞核细胞质中都有分布。PHD是非血红素铁（Ⅱ）依赖的双加氧酶，在氧气、铁和2-OG存在的情况下催化HIF-α的脯氨酸羟基化(图3)，羟基化的HIF-α可以被VHL识别并快速的降解。

目前的研究表明，PHD2催化HIF-α羟基化能力较PHD1/PHD3有明显优势，目前，大量的研究都是围绕PHD2展开。基于其内源性配体2-OG，近年来报道了许多竞争性的PHD2小分子抑制剂，其可以将2-OG挤出活性口袋，达到抑制剂PHD2酶活力的目的，从而稳定HIF水平。促进体内促红细胞生成素EPO激素水平升高，达到治疗慢性肾性贫血等疾病的目的。

图3. PHD2晶体结构和HIF-α羟基化肽段（主要是Pro564位氨基酸被羟基化导致HIF-α被降解）