第一作者：Lian-Hua Fu、Chao Qi
通讯作者：Peng Huang
通讯单位：深圳大学
核心内容：
系统介绍了葡萄糖氧化酶（GOx）在癌症的诊断和治疗领域的应用现状和前景展望，主要包括：（1）葡萄糖氧化酶催化机理；（2）葡萄糖氧化酶基材料在生物传感和癌症诊疗方面的应用；（3）葡萄糖氧化酶基生物材料的前景展望和所面临的挑战。
葡萄糖氧化酶是一种广泛分布于生物体内的内源性氧化还原酶。近年来，研究人员对其在对生物医学领域的应用产生了浓厚的兴趣。尤其在与癌症相关的生物传感和肿瘤诊疗方面，GOx的催化性能被应用于多种癌症的生物标记检测和治疗方案中。
例如增强瘤内的葡萄糖消耗进行“饥饿”治疗；增强瘤内氧的消耗来提高乏氧水平从而有助于乏氧激活的化疗药物（AQ4N）去发挥作用；产生葡萄糖酸使得瘤内的酸度增加，促进pH敏感的药物释放等等。因此将GOx和其他酶、光敏剂、乏氧激发药物或者芬顿试剂等等相结合进而实现协同治疗癌症的案例也被广泛报道。可以说，GOx在生物医学尤其是癌症诊疗领域的应用潜能是巨大的。
有鉴于此，深圳大学黄鹏教授课题组系统介绍和总结了GOx在肿瘤诊疗方面的研究进展，强调了以GOx为基础设计新型诊疗平台的原则和思路，最后对利用GOx的催化性能进行生物应用的这一方向进行了展望。
图1 以GOx的催化性能为基础的癌症诊疗应用
1. GOx的催化性能在癌症诊断中的应用
通常来说，与正常细胞相比，肿瘤细胞没有进一步被氧化磷酸化，因而其三磷酸腺苷酯化厌氧糖酵解的水平会更低，导致它们对葡萄糖这一营养物质的需求会更大，来满足其对生长能量需求。因此对癌细胞中葡萄糖浓度的检测和分析可以用来推断肿瘤的生长和癌细胞增殖水平如何。此外，在能够识别癌症的生物标记物的特定目标配体的帮助下，生物标记的信号可以通过 GOx的催化性能被放大。
因此，基于GOx的生物传感用于癌症诊断具有非常大的潜力。根据分析和测试方法的区别，这些生物传感器可以被归类为包括（1）以氧为基础；（2）对pH敏感的；（3）依赖于H2O2的和（4）电化学传感。
图2 以氧为基础的体内葡萄糖浓度监测
图3 pH敏感的细胞的葡萄糖浓度监测
图4 用于放大电化学传感的检测信号
2. GOx的催化性能在癌症治疗中的应用
图5 以GOx为基础的癌症治疗基本策略框架
从GOx在癌症诊断中的应用中可以发现，在有氧气存在的情况下，GOx是专门用来催化葡萄糖氧化来产生葡萄糖酸和H2O2的。因而该过程能有效地消耗肿瘤中的葡萄糖和氧气，从而增加肿瘤微环境（TME）的缺氧、酸度和H2O2的水平。
所以总结来说：（1）GOx为癌症饥饿治疗提供了一种非侵入性的策略；（2）氧气的消耗则增加了肿瘤缺氧水平，从而对发挥乏氧激活的癌症化疗药物的作用来说十分有利；（3）葡糖酸的产生增加了TME的酸度，这可能会刺激对pH敏感的药物的释放；（4）H2O2的增加不仅显著提高了肿瘤的氧化应激水平，而且还可以转化为更多羟基自由基去杀死癌细胞。
基于以上的机理，GOx在单一或协同性肿瘤治疗中的应用也越来越普遍。
图6 GOx促进产生 H2O2，分解产生羟基自由基杀死癌细胞
图7 GOx参与乏氧激活的药物化疗-饥饿联合治疗
图8 GOx参与癌症饥饿-光热联合治疗
3. 未来的研究目标和展望
除了上述的几个实际案例以外，这篇综述对GOx在癌症诊疗领域应用的事迹做了非常详尽的报道。
作者认为，在未来关于进一步拓展GOx的生物应用方面，还需要注意以下几个问题：（1）如何减小存在的毒副作用和体内不稳定的缺点；（2）如何进一步提高其根除肿瘤的效率；（3）如何实现实时的诊疗一体化；（4）如何拓展在其他的生物医药领域的应用和（5）如何系统化地评价GOx基材料的生物安全性等。
图9 GOx基生物材料用于癌症诊断和治疗的未来目标与研究方向
总之，这篇综述详细论述了目前GOx的催化化学性能在癌症的诊断和治疗应用的研究进展，提出了设计和合成以GOx为基础的肿瘤诊疗平台的思路和策略，也指明了该系列材料未来在生物医学领域的研究方向和目标。
参考文献：
Fu L H, Qi C, Lin J, et al. Catalytic chemistry of glucose oxidase in cancer diagnosis and treatment[J]. Chemical Society Reviews, 2018.
DOI: 10.1039/c7cs00891k
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/cs/c7cs00891k#!divAbstract
