“物竞天择，适者生存”。在自然进化的支配下，肿瘤可以不断地产生各种抗氧化分子以适应各种治疗过程中产生的氧化压力；此外，由于肿瘤组织不是各种组成成分的简单叠加，而是一种混沌的状态，混沌肿瘤无法对治疗干预产生可预测的治疗效果。因此，肿瘤系统的混沌状态和进化适应性已成为癌症治疗失败的两个主要原因。

为了解决以上问题，近日，中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室的姜秀娥（点击查看介绍）团队提出：随机、不可预测的混沌肿瘤可以被看作是一个被限制在确定性框中的微环境系统，它可以不断地通过各种氧化还原反应动态的进行自我调节。类比Lorenz在1963年提出的“蝴蝶效应”，捕捉混沌肿瘤系统中的“蝴蝶”并利用其带动整个肿瘤微环境长期、巨大的连锁反应有希望压倒这个确定性框的边界条件并实现在下游治疗中的巨大效果。因此选择性地靶向混沌肿瘤系统以引发肿瘤微环境的“蝴蝶效应”在构建非介入性、有效的肿瘤治疗策略中具有广阔的应用前景。

文章首次报道并证明了多腔氧化铱纳米粒子（IrO_x）具有酸活化的类氧化酶和过氧化物酶活性以及在广泛的pH范围内有效的过氧化氢酶特性，并揭示了这些酶活性本质源于材料表面Ir（IV）和Ir（III）价态的转变。葡萄糖氧化酶（GOD）进一步的负载可催化肿瘤中的葡萄糖产生葡萄糖酸和过氧化氢，进一步来解锁IrO_x的类氧化酶和过氧化物酶活性，并且由于IrO_x的类过氧化氢酶活性，产生的过氧化氢可转化为氧气以补偿其在GOD催化中的消耗，最终实现了葡萄糖的持续消耗和底物的自我供应以继续产生超氧阴离子和羟基自由基。此外，文章也首次报道了IrO_x可以通过Ir（IV）和Ir（III）的价态循环转变来不断消耗谷胱甘肽，从而大大降低了肿瘤的抗氧化防御功能。

图. 将IrO_x-GOD NPs引入混沌肿瘤系统后的蝴蝶效应

作者通过体外细胞试验证明了与传统的针对活性氧和谷胱甘肽的靶向疗法相比，基于将IrO_x-GOD引入混沌的肿瘤系统中可以引发自循环的平行级联反应，产生“蝴蝶效应”，导致初始饥饿疗法和随后的多重活性氧压力，打破了癌症对单重活性氧的自我适应性。最后也通过三种小鼠肿瘤模型对体内抑瘤效果进行了评估，在14天的治疗期内，与控制组相比，静脉注射了IrO_x-GOD的小鼠肿瘤得到了明显的抑制。总之，文章中提出的蝴蝶效应、混沌理论、进化适应性这些概念为肿瘤治疗提供了新的概念性思路，也为纳米酶的合理设计提供了新的视角，有潜力用于针对耐药性的肿瘤实现非介入性和更精准的治疗。

这一成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。文章的第一作者是中科院长春应用化学研究所的博士研究生甄文瑶。

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Specific "Unlocking" of a Nanozyme-Based Butterfly Effect To Break the Evolutionary Fitness of Chaotic Tumors

Wenyao Zhen, Yang Liu, Wei Wang, Mengchao Zhang, Wenxue Hu, Xiaodan Jia, Chao Wang, Xiue Jiang*

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.201916142

姜秀娥博士介绍

姜秀娥，中国科学院长春应用化学研究所研究员、博士生导师。2005年博士毕业于中国科学院长春应化学研究所。2006年~2010年先后在德国Bielefeld大学、德国ULM大学及德国Karlsruhe技术研究所从事洪堡学者及博士后研究。2010年加入中科院长春应化所电分析化学国家重点实验室，组建独立科研团队。主要从事谱学电分析化学、纳米尺度细胞相互作用机制及效应的研究。至今，以第一或通讯作者等身份在Proc. Natl. Acad. Sci. USA, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed. Anal. Chem. 等SCI期刊共发表论文80余篇，SCI他引3700余次。参与撰写两本英文书籍；申请及授权中国发明专利6项；先后主持及完成了包括中德国际合作及优秀青年科学基金等在内的国家自然科学基金5项，省部级项目7项；曾获中国科学院宝洁奖学金、德国亚历山大洪堡奖学金、吉林省三八红旗手、全国五一巾帼标兵等奖项和荣誉称号。现任《高等学校化学学报》第一届青年执行编委。

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