开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）
- 课题背景及研究思路
O2对于所有微生物的生存至关重要, 是维持细胞内能量平衡的有氧代谢必不可少的物质。缺氧, 是指O2水平低于正常的状态, 可出现于各种生理情况( 胚胎发育、适应高海拔、伤口的愈合) 与病理情况下( 缺血性疾病和癌症) 。缺氧是一系列神经疾病( 包括卒中、脊髓损伤和外伤性脑损伤) 的中心因素, 为了适应缺氧, 微生物出现一系列系统性和局部性的改变以维持O2的平衡, 减低缺氧的影响。系统性的改变是增加体内血流量以增加氧的运输; 局部性改变主要是血管再生; 在细胞水平, 最显著的适应缺氧的反应是减少氧化磷酸化, 增加糖酵解, 以增加ATP 的产量; 在分子水平, 主要的调节细胞对缺氧反应的调控者是缺氧诱导因子( HIF-1)。细胞内HIF的含量由PHD（脯氨酰羟化酶）来决定。1
缺氧诱导因子（HIFs）是一种DNA结合转录因子，在低氧条件下，HIFs与特殊的核辅因子相互影响，它们反式激活一系列低氧相关的基因引发自适应应答。HIFs是由alpha;和beta;亚基构成的异二聚体，HIF-beta;是在核中表达的结构亚基，其活性不受低氧影响，而HIF-alpha;是功能亚基，它的蛋白稳定性、亚细胞定位及转录能力受到氧水平的影响。HIFs包括HIF1，HIF2，HIF3，它们有着相同的beta;亚基和不同的alpha;亚基。HIF-1alpha;的结构和功能的研究相比HIF-2alpha;与HIF-3alpha;更为普遍。HIFs在氧相关的基因表达中起着中心作用。有接近100种HIF相关靶基因被证实，包括促红细胞生成素（EPO），血管内皮生长因子，血红素氧合酶-1，诱导性一氧化氮合酶（iNOS），葡萄糖转运蛋白-1（Glut-1），胰岛素样生长因子-2（IGF-2），内皮素-1，转铁蛋白等。HIF靶基因与血管生成因子、增殖或生存因子、核糖转运体和糖酵解酶密切相关。2
常氧条件下，在Fe2 和alpha;-酮酸存在的条件下，氧依赖降解域（ODD）的某些保守的脯氨酸残基（HIF-1alpha;中的Pro-402、Pro-564，HIF-2alpha;中的Pro-531和HIF-3alpha;中的Pro-490）被脯氨酸羟化酶羟基化，随后，羟基化的HIF-alpha;与肿瘤抑制蛋白（pVHL）的beta;结构域结合，再被pVHL-E3连接酶复合物泛素化，导致被标记的HIF-alpha;被26S蛋白酶体降解。而低氧条件下，氧依赖的HIF-alpha;的蛋白水解酶降解作用不能进行。3
脯氨酸羟化酶（PHDs）是能够催化HIF-1alpha;羟化的酶，PHDs在对HIFs的调控中起着非常重要的作用。PHDs被称为是体内氧传感器，它能感知细胞质氧浓度，它在氧分子形式的氧存在的情况下才具有催化活性。在正常氧含量时，PHDs可使存在于氧依赖降解区域（ODD）的两个高度保守的脯氨酸残基羟基化，随后被泛素E3连接酶识别，转运至蛋白酶体被降解。在低氧情况下，由于辅因子O的缺乏，PHDs活性降低。PHD亚家族包括PHD1，PHD2，PHD3，最近的一个占据跨膜域的脯氨酸4-羟基化酶被命名为PHD4或P4H-TM，这是PHD亚家族的第四个成员。对于PHD1-3的研究远比PHD4普遍。PHDs属于铁离子和alpha;-酮酸依赖双加氧酶超家族，也就是说，氧分子、alpha;-酮酸和Fe2 是PHDs发挥催化活性的必须因子。PHD1-3均能使HIF-alpha;中特定的脯氨酸残基羟基化，但它们的底物特异性及在组织细胞中的分布不同。有报道证实PHD2在HIF-1alpha;中更加活跃，而PHD1和PHD3则对于HIF-2alpha;更加有效。4
PHDs能够对HIF-alpha;进行调控，而PHD2和PHD3则受到HIFs的反馈调节导致上调。研究发现，PHD2基因中含有能被HIF-1alpha;识别的低氧应答元件（HRE），PHD3基因中则含有能被HIF-2alpha;识别的HRE，在低氧条件下，由于HIF-alpha;的累积，PHD2和PHD3上调。
PHDs对HIF-alpha;的含量的调控的生理作用已通过不同方法进行评估，PHD2对HIF-alpha;水平的调控起着决定作用，而PHD1和PHD3作用则较为微弱。同时通过观察家族性红血球增多症人群，发现PHD2突变会导致造血功能下降，从而证明PHD2对造血功能起支配作用。而PHD2基因敲除小鼠由于在造血功能和血管形生成功能上的缺陷，在胚胎发育过程中即死亡，相反，PHD1和PHD3基因敲除小鼠表现出较为轻微的症状的实验，进一步证实PHD2对HIF的中心作用。
人类遗传学的研究表明，PHD酶系在调节红细胞生成上起关键作用，这说明对这个系统进行药物介入可能会在生理学和病理学上产生意义深远的影响，同时巩固了一个重要的、全新的可进行药物设计的治疗性的蛋白靶标。由于可以促进HIFs的表达，PHDs被认为是一个针对贫血和缺血的治疗靶点。PHD抑制剂被设计用来激活HIF相关通路从而促进HIF相关基因的表达。5
由于PHDs需要铁离子和alpha;-酮酸来催化HIF脯氨酸残基的羟化，任何能够竞争内源性二价铁离子和alpha;-酮酸的化合物都可以作为PHD抑制剂。6
去铁素（DFO）、氯化钴（CoCl2），铁离子螯合剂和竞争性铁离子抑制剂都能通过竞争内源性二价铁离子来抑制PHD活性。其他铁离子螯合剂如环吡酮胺，及竞争性铁离子抑制剂如Cu2 、Zn2 、Mn2 ，也是PHD抑制剂。然而，它们通过作用于内源性二价铁离子而抑制PHD的同时，也将影响其他铁依赖性的酶。酮酸类似物，如L-含羞草酸（L-mim）、二甲基草酰甘氨酸（DMOG）、3,4-二羟基苯甲酸甲酯（3,4-DHB），则能通过竞争内源性alpha;-酮酸来抑制PHD。许多细胞和动物实验揭示酮酸类似物能对HIFs的稳定产生有利的作用。近年来，葛兰素史克、FibroGen等公司都致力于开发针对PHD的小分子抑制剂，如FG-2216，FG-4592，FG-4497等，他们都具有良好的临床前景，特别是在治疗贫血和缺血方面。7
