脯氨酸羟化酶 3（PHD3）介绍
一、基本信息
- 英文名称：Prolyl Hydroxylase 3，缩写为 PHD3
- 中文名称：脯氨酸羟化酶 3
- 氨基酸序列：因不同物种的 PHD3 氨基酸序列存在差异，以人类 PHD3 为例，其包含特定排列的氨基酸残基，但具体序列较长（例如由约 417 个氨基酸组成），在此不详细列出。
- 单字母序列：对应氨基酸序列的单字母表示形式，与具体氨基酸序列相对应。
- 三字母序列：以三字母形式表示每个氨基酸，同样基于具体氨基酸序列。
- 分子量：人类 PHD3 的分子量约为 46 kDa 。
- 分子式：由组成它的氨基酸所包含的元素确定，较为复杂，因涉及众多氨基酸残基中的 C、H、O、N 等元素。
- 等电点：约为 6.5 。
- CAS 号：暂无明确统一的 CAS 号，因其多以蛋白质形式研究，与传统化学物质的 CAS 号定义有所不同 。
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二、结构信息
PHD3 属于脯氨酰羟化酶结构域家族（PHDs 1 - 3，又称 EGLN1 - 3），是脯氨酸残基羟基化的 α - 酮戊二酸依赖性双加氧酶。其结构包含多个功能区域，有负责结合底物脯氨酸残基的区域，以及与 α - 酮戊二酸结合的活性中心区域。这些区域的协同作用使得 PHD3 能够特异性地识别并羟基化目标蛋白中的脯氨酸残基。在空间结构上，PHD3 通过折叠形成特定的三维构象，这种构象对于其发挥正常功能至关重要，例如正确的折叠能保证底物结合口袋的精准形状，以容纳合适的底物 。
三、作用机理及研究进展
- 调节缺氧诱导因子（HIF）：PHD3 能够感应氧气含量的变化来调节 HIF 的羟基化水平。在正常氧含量条件下，PHD3 羟基化 HIF 的特定脯氨酸残基，羟基化后的 HIF 被 von Hippel - Lindau 蛋白（pVHL）识别，进而被泛素化并通过蛋白酶体途径降解，从而抑制 HIF 的活性。在低氧环境中，PHD3 活性受到抑制，HIF 的羟基化水平降低，HIF 得以稳定并进入细胞核，调控一系列与缺氧适应相关基因的表达，如血管内皮生长因子（VEGF）等，促进血管生成和细胞适应低氧环境 。
- 调控肝脏糖代谢：最新研究发现，肝脏中的 PHD3 在维持机体血糖稳态中发挥重要作用。在禁食或胰高血糖素刺激条件下，PHD3 蛋白表达增加。它通过羟基化糖异生关键转录因子 CRTC2 的 Pro129 和 Pro625 位点，促进 CRTC2 与 CREB 结合，增加 CRTC2 的核转位与转录活性，从而增加糖异生基因转录和葡萄糖生成。在禁食小鼠、ob/ob 肥胖的糖尿病小鼠以及糖尿病病人肝脏组织中，CRTC2 Pro615 位点的羟基化水平均显著增加。这表明在生理和病理条件下，PHD3 介导的 CRTC2 羟基化修饰在小鼠及人的血糖稳态调控中均发挥重要作用 。
- 调节细胞增殖：有研究表明，肿瘤蛋白转录因子配对盒 2（PAX2）在癌症中异常表达，而 PHD3 可通过羟基化 PAX2 的脯氨酸 9 位点，使得 pVHL 能够介导 PAX2 的泛素化和降解，从而抑制细胞增殖。在 293T 细胞中过表达 PHD3 可增强 PAX2 的脯氨酰羟化、泛素化和降解，而对 PAX2 (P9A)（脯氨酸 9 位点突变为丙氨酸）的这些过程影响较小。功能研究显示，将 PAX2 导入 PAX2 - null COS - 7 细胞可促进细胞增殖，而共表达 PHD3 可抑制这一过程，但羟基化酶缺陷的 PHD3 (H196A) 则无此抑制作用 。
- 调节中性粒细胞存活：在人类中性粒细胞中，PHD3 在体外和体内对缺氧和炎症刺激有强烈诱导表达。利用 Phd3 基因缺陷小鼠的中性粒细胞研究发现，Phd3 在缺氧期间对延长中性粒细胞存活具有独特作用，与中性粒细胞功能和代谢活性的其他缺氧相关变化不同。在体内急性肺损伤模型中，与野生型对照相比，Phd3 缺陷小鼠中性粒细胞凋亡和清除水平增加；在急性小鼠结肠炎模型中，观察到中性粒细胞炎症减少。这表明 PHD3 在调节缺氧条件下中性粒细胞存活中具有新的功能 。
- 在阿尔茨海默病中的作用：在阿尔茨海默病（AD）相关研究中，Aβ 寡聚体会以 PHD3 依赖性的方式诱导小胶质细胞 I 型干扰素特征（IFNS）基因的转录。因为 FOXO3 作为 IFNS 的抑制因子，在 PHD3 响应 Aβ 寡聚体时被抑制。PHD3 的缺失可以促进小胶质细胞吞噬 Aβ 斑块，减轻 Aβ 相关神经病理学，改善 AD 小鼠的认知障碍。这揭示了 PHD3 - FOXO3 轴在 AD 中的作用机制，表明 PHD3 有潜力成为 AD 的新治疗靶点 。
- 对骨骼肌代谢和运动能力的影响：研究发现，代谢重组过程中，脂肪酸氧化在维持能量平衡中起重要作用。中枢代谢调节剂乙酰辅酶 A 羧化酶 2（ACC2）在细胞能量应激期间被 AMP 激活的蛋白激酶（AMPK）磷酸化，以减轻其对脂肪氧化的抑制作用。同时，ACC2 也可以被 PHD3 羟基化。在能量充足条件下，AMPK 处于非活性状态，ACC 未被磷酸化，PHD3 能够羟基化 ACC2，抑制脂肪酸氧化；在能量紧张期间，AMPK 介导的磷酸化足以抑制 PHD3 与 ACC2 相互作用和羟基化。全身或肌肉特异性 PHD3 丢失的小鼠，骨骼肌中 ACC2 羟基化丧失，脂肪酸氧化升高，运动能力增加。这表明 PHD3 和 AMPK 可反向调节脂肪代谢和运动能力 。
四、溶解保存
一般来说，PHD3 作为一种蛋白质，其溶解和保存条件较为严格。通常在提取和纯化后，将其溶解在合适的缓冲液中，如含有 Tris - HCl、NaCl 等成分的缓冲液，pH 一般调至 7.2 - 7.4，以维持其稳定的结构和活性。保存时，多采用低温保存的方式，例如在 - 80℃冰箱中保存，可减少蛋白质的降解和变性。在一些实验中，如果需要长期保存，还可能添加适量的甘油等保护剂，以防止蛋白质在反复冻融过程中受损 。
五、相关多肽
与 PHD3 相关的多肽可能包括其底物多肽，如含有可被羟基化脯氨酸残基的 HIFα 片段、CRTC2 片段、PAX2 片段等。这些多肽在研究 PHD3 的作用机制和活性检测中具有重要意义。例如，合成包含 HIFα 中特定脯氨酸残基的多肽底物，可用于体外检测 PHD3 对其羟基化的活性，通过标记等手段分析羟基化反应的效率和动力学等参数 。
六、相关文献
- Huang, L. E., et al. "HIF1α is a target of the VHL ubiquitination complex." Proc Natl Acad Sci U S A. 1999, 96 (12): 6797 - 6802.（该文献对 HIF 与 VHL 关系研究有重要意义，为理解 PHD3 调节 HIF 机制奠定基础）
- Zhang, D., et al. "Prolyl hydroxylase 3 promotes hepatic gluconeogenesis through noncanonical hydroxylation of CRTC2." Proc Natl Acad Sci U S A. 2023, 120 (23): e2300777120.（首次解析 PHD3 调控 2 型糖尿病进展中对肝脏糖异生作用的新机制）
- Liu, Y., et al. "PHD3 inhibits cell proliferation through hydroxylation of PAX2 at proline 9." Cell Death Dis. 2022, 13 (7): 631.（阐述 PHD3 通过羟基化 PAX2 抑制细胞增殖的机制）
- Cramer, T., et al. "Prolyl hydroxylase 3 (PHD3) is essential for hypoxic regulation of neutrophilic inflammation in humans and mice." J Exp Med. 2011, 208 (4): 739 - 753.（揭示 PHD3 在调节中性粒细胞存活方面的新功能）
- Sánchez - Mejías, A., et al. "The PHD3 - FOXO3 axis controls the interferon signature in Alzheimer′s disease–associated microglia." Sci Adv. 2025, 11 (21): eadd8387.（揭示 PHD3 - FOXO3 轴在 AD 中的作用机制）
- Muoio, D. M., et al. "PHD3 Loss Promotes Exercise Capacity and Fat Oxidation in Skeletal Muscle." Cell Metab. 2025, 32 (1): 124 - 138.e7.（阐述 PHD3 在骨骼肌能量代谢和运动能力中的作用）
