Page 10 - 《中国药科大学学报》2026年第2期

136 学报 Journal of China Pharmaceutical University 2026, 57(2): 133 − 143 第 57 卷

A FIH B PHD2
PDB ID: 1H2N PDB ID: 3HQR
Lys214 Tyr329

His279 C1
C2
H 2 O
Fe 2OG His374
Asp201 NOG Arg383
Mn
Asp315
Thr196
His199 Tyr145
His313

图 2 天冬酰胺酰羟化酶（factor inhibiting HIF, FIH）及 PHD2 催化活性口袋对比
[9]
[25]
A：FIH 与 2OG 的结合模式（PDB ID: 1H2N ）；B：PHD2 与 NOG 的结合模式（PDB ID: 3HQR ）
别值得注意的是，FIH 这种特殊的辅因子结合模式 物，但是非 HIF 的 FIH 底物羟基化在信号传导中的
与其开放性的活性口袋共同构成了其催化多样性 作用目前尚未阐明。
的 结 构 基 础 。 这 一 结 构 比 较 分 析 不 仅 揭 示 了 与 PHDs 类似，FIH 催化的天冬酰胺羟基化反
[7]
FIH 独特的催化机制，发掘关键氨基酸残基的细微 应需要 Fe(II)、O 和 2 2OG 参与 。FIH 催化的羟基
构象差别更为设计选择性靶向 FIH 的小分子抑制 化反应首先涉及与 Fe(II) 形成复合物，随后有序地
剂提供了重要的结构依据。 结合到活性位点的依次是 2OG、HIF-α 和 O 。在
2
催 化 底 物 HIF-1α 的 CTAD 结 构 域 结 合 在 静息状态下，Fe(II) 与活性中心的 2-His-1-Asp 三联
FIH 的两个相互作用位点，其中一个结合位点从催 体 （ His199、 His279、 Asp201） 配 位 ， 剩 余 配 位 点
化活性口袋延伸到 FIH 的二聚化界面（CTAD795- 由 2~3 个不稳定的水分子占据 [9, 15] 。2OG 通过其
806，Site 1），该结合位点与催化羟基化相关；另一个 C1 羧酸根和 C2 羰基氧以双齿形式结合，形成八面
位 点 则 结 合 HIF-1α 的 CTAD 结 构 域 的 C 末 端 体配位结构，接着 HIF-α CTAD 结合，使 Asn803 靠
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（CTAD813-822，Site 2）。对于 FIH-CTAD786-826 近 Fe(II) ，并通过与 FIH 的 Asp201 和 Gln239 形
的晶体复合物结构分析显示，Site 2 的电子云密度 成氢键稳定定位。随后，O 结合至 Fe(II)，形成
2
低于 Site 1 且其质量较差，这可能反映了 Site 2 与 Fe(III)-超氧化物中间体。Fe(III)-超氧化物中间体
FIH 的结合相对较弱。CTAD807-811 残基的电子 形成后，其远端氧原子攻击 2OG 的 C2 羰基，触发
云密度并未清晰观察到，表明这些残基与 FIH 之间 氧化脱羧反应，释放出琥珀酸和 CO ，并生成关键
2
的直接相互作用较弱。在 Site 1 中，CTAD 残基通 的 Fe(IV)=O 中 间 体 [26, 33−34] 。 接 着 ， 高 氧 化 态 的
过与 FIH 骨架形成氢键相互作用并以舒展的构象 Fe(IV) 特异性地从夺取 HIF-α Asn803 C-3 位的氢
占据 Site 1。Asn803 被包埋进入催化活性位点并靠 原子形成底物自由基和亚铁羟化物，然后通过自由
近 Fe(II)。有趣的是，HIF-1α 的 CTAD 中 Asn803 基回收过程生成羟基化产物并恢复 Fe(II) [32, 34] 。随
的骨架氮原子与 Fe(II) 配位的 Asp201 的羧基氧之 后，羟基化产物和琥珀酸被释放，FIH-Fe(II) 复合物
间形成氢键，这使得 CTAD 与以 Fe(II) 为中心的催 则可以过渡到一个新的催化循环中 [32, 35] 。
化活性位点直接相连。此外，Asn803 与 FIH 中 值得注意的是，尽管 FIH 遵循 2OG 加氧酶氧
Tyr102 的疏水相互作用以及 Arg238 和 Gln239 侧 化机制的一般路径，但它也可能具备一些不同寻常
链的额外氢键的形成也有助于 Asn803 与 FIH 催化 的特征。除了 HIF，FIH 还能催化多种非 HIF 底物
活性位点的有效结合 [9, 27, 31] 。与 Site 1 相比，Site 2 的天冬酰胺残基和非天冬酰胺残基的羟基化 [9, 15] 。
位于一个疏水口袋中，主要结合 CTAD 中 3 个高度 除了催化羟基化反应之外，FIH 还能催化其他反应，
保守的残基（Leu818、Leu819 及 Leu822）的侧链。 如使一些氨基酸残基发生去饱和反应，形成 α,β-不
研究表明，除了 HIF-α，FIH 还能够接受含有锚蛋白 饱和侧链。FIH 的二聚性质也可能使其催化动力学
重复序列结构域（ankyrin repeat domain，ARD）的底 更加复杂化 。
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