摘要：本研究旨在构建与验证糖酵解相关基因特征模型，以预测膀胱癌预后、免疫微环境及药物敏感性。研究整合多个数据集，筛选出 34 个与膀胱癌预后相关的糖酵解差异表达基因，将样本分为 6 种分子亚型，构建并验证了包含 18 个基因的风险模型。该模型能准确预测膀胱癌患者的临

像糖酵解，衰老这些方向已经被证实可以反复发表多篇高质量生信文章。

发表杂志名称：Frontiers in Immunology

影响因子：5.7

online 时间：2025 年 1 月 10 日

研究概述

本研究旨在构建与验证糖酵解相关基因特征模型，以预测膀胱癌预后、免疫微环境及药物敏感性。研究整合多个数据集，筛选出 34 个与膀胱癌预后相关的糖酵解差异表达基因，将样本分为 6 种分子亚型，构建并验证了包含 18 个基因的风险模型。该模型能准确预测膀胱癌患者的临床病理特征和生存预后，与免疫细胞浸润、免疫检查点及免疫治疗疗效相关，且高、低风险组在药物敏感性上存在差异。此外，体外实验证实 FASN 基因对膀胱癌细胞增殖、迁移和侵袭具有促进作用。本研究为膀胱癌的预后预测和治疗提供了新的潜在靶点和方向。

研究结果

研究流程：

从 GSEA 数据库提取 311 个糖酵解相关基因，经单因素 Cox 分析得到 88 个影响预后的基因，与 TCGA 数据库中膀胱癌样本和癌旁组织间差异表达的 128 个糖酵解基因取交集，得到 39 个基因。进一步整合 TCGA 和 GEO 数据集获得合并数据集，最终确定 34 个差异表达基因用于后续研究。随后进行分子分型、构建风险模型、临床疗效评估、外部验证、免疫浸润和药物敏感性分析等一系列实验（图 1）。该图展示了研究的整体流程和关键步骤，为后续研究结果的呈现奠定基础。

基于合并膀胱癌数据集的分子分型及预后意义：

基于 34 个基因的表达模式，利用 “Consensus Cluster Plus” R 包对膀胱癌样本进行聚类分析，根据 CDF 和 CDF delta 面积曲线及热图，确定最稳定的聚类数为 6，即建立了 6 种分子亚型（图 2A - C）。PCA 分析进一步验证了分型的合理性（图 2D）。Kaplan - Meier 曲线显示，6 个聚类在总生存率（OS）、疾病特异性生存率（DSS）和无进展生存率（PFS）上差异显著，但在无病生存率（DFS）上无显著差异（图 2E - H）。这些结果表明基于 34 个糖酵解相关基因可有效对膀胱癌进行分子分型，且不同分子亚型具有不同的预后意义。

34 个糖酵解相关预后基因的热图及临床特征分析：热图展示了 34 个糖酵解相关预后基因在 6 种分子亚型中的表达情况，同时通过卡方检验分析了 6 个聚类与常见临床特征（fustat、年龄、性别、T 分期、N 分期和分级）的关系。结果显示，除性别外，其他临床特征在 6 个聚类中均呈现显著分布（图 3）。该图揭示了分子亚型与临床特征之间的关联，为进一步理解膀胱癌的异质性提供了依据。

基于合并队列构建和内部验证糖酵解相关基因特征模型：

比较 6 个聚类的 mRNA 表达差异，筛选出 3754 个差异表达基因，经单因素 Cox 回归、LASSO 回归和多因素 Cox 回归分析，最终确定 18 个基因用于构建风险评分模型。将 662 例膀胱癌患者随机分为训练集和内部验证集，以中位风险评分划分高低风险组。Kaplan - Meier 生存曲线、ROC 分析和校准曲线显示，高风险组患者的 OS 显著低于低风险组，模型在总体、训练集和内部验证集均具有良好的预测性能（图 4A - C）。此外，风险评分模型相关分析展示了风险评分排名、生存状态、基因表达热图等信息。这些结果表明构建的 18-基因风险模型在内部验证中具有较高的准确性和可靠性。

特征模型结合临床病理特征的临床结果预测能力：

通过卡方或 wilcox 非参数检验分析糖酵解相关基因特征与临床特征的关系，发现高分级、T3 - 4 期、大于 65 岁、N1 - 3 期患者的风险评分较高，且风险评分与年龄、分级、fustat、T 分期、N 分期显著相关（图 5A - B）。风险评分在单因素和多因素 Cox 比例风险模型中均显示为独立影响 OS 的因素，据此构建的列线图能较好地预测 1 - 3 - 5 年 OS 概率，其校准线与计算曲线吻合良好，且列线图的预测能力和准确性优于临床特征（图 5C - F）。GSEA 分析表明，高风险组在 ECM 受体相互作用、细胞周期等通路显著富集，低风险组在抗原加工和呈递等通路激活（图 5G - I）。进一步亚组分析显示，高风险组在多数亚组中预后较差，但在低分级亚组中不明显。这些结果表明糖酵解相关基因特征模型结合临床病理特征具有良好的临床结果预测能力，且高低风险组具有不同的生物学通路特征。

基于 IMvigor210 队列的 18 - 基因特征模型外部验证：

在 IMvigor210 队列中，Kaplan - Meier 曲线显示高风险组患者的 OS 明显差于低风险组（图 6A）。时间依赖性 ROC 曲线评估风险评分对 OS 的预测性能，曲线下面积（AUC）在 10 个月时达到 0.679，20 个月时为 0.708，C 指数为 0.625（图 6B）。校准图显示模型对 10 个月和 20 个月 OS 具有较好的预测性（图 6C）。风险评分分布、总体结果分布和基因表达热图分析表明，高风险评分患者预后较差，且风险评分与治疗反应、转移状态、免疫表型、TCGA 亚型显著相关（图 6D - H）。该图结果表明 18 - 基因特征模型在 IMvigor210 队列中具有良好的外部验证效果，可用于预测膀胱癌免疫治疗队列的预后。

基于 GSE32894、GSE48276 和 GSE48075 数据集的预后模型外部验证：

在 GSE32894、GSE48276 和 GSE48075 数据集的验证结果与训练集和 IMvigor210 队列高度一致，即高风险组患者预后较差。KM、ROC 和校准曲线分析结果均支持这一结论，且各数据集的风险评分分布、生存状态、基因表达热图等也呈现相似趋势，C 指数分别达到 0.773、0.658 和 0.777（图 7）。这些结果进一步验证了 18 - 基因特征模型在不同数据集的有效性和准确性，表明该模型是膀胱癌患者良好的预后预测指标。

预后模型与糖酵解相关聚类、TMB、突变及肿瘤免疫的相关性：

Sankey 图展示了糖酵解相关聚类、模型风险评分组和临床特征之间的关联（图 8A）。箱线图显示，D 聚类的风险评分显著高于 A 聚类（图 8B）。将患者分为 4 个亚组分析 TMB 和风险评分的协同作用，发现高 TMB 加低风险评分亚组的生存情况优于高 TMB 加高风险评分亚组（图 8C）。通过 ssGSEA 算法量化免疫相关富集分数，发现 14 种免疫细胞的分数在高低风险组间差异显著（图 8D）。此外，高低风险组在免疫检查点相关基因和 HLA 基因表达上存在显著差异，低风险组的 IPS 评分显著高于高风险组（图 8E - G）。该图揭示了预后模型与多种因素的相关性，表明其在评估肿瘤免疫微环境和免疫治疗潜力方面具有重要价值。

模型基因在不同免疫治疗反应组中的表达水平：

在多个免疫治疗队列（IMvigor210、GSE111636、GSE176307、GSE78220、TRUCE - 01 和 GSE67501）中，比较高低风险组模型基因的表达水平。结果显示，CPNE8、FOXC2、SPINK5、CXCL6 等基因的表达与抗 PD - L1 或抗 PD - 1 治疗的客观反应呈负相关，DMRTA1、SCD、LPXN 等基因的表达与免疫治疗反应呈正相关（图 9）。这些结果表明模型基因的表达可用于预测膀胱癌患者免疫治疗的反应。

膀胱癌患者在接受替雷利珠单抗联合 nab - 紫杉醇治疗前后部分模型基因的表达变化：

在 TRUCE - 01 研究中，分析膀胱癌患者接受替雷利珠单抗联合 nab - 紫杉醇治疗前后部分模型基因的表达变化。结果显示，有反应的患者中，CLIC3、COMP、FASN、SCD、SLC1A6、ZNF600 等基因表达显著下降；无反应的患者中，CPNE8、CYTL1、DMRTA1、FOXC2 等基因表达上调（图 10）。该图进一步证明了模型基因表达与免疫治疗疗效的相关性，为临床治疗提供了参考。

基于糖酵解相关基因预后模型的肿瘤免疫微环境和化疗敏感性探索：

通过 7 种免疫浸润算法研究风险评分与免疫细胞浸润的关系，发现高低风险组在包括 CD8 + T 细胞、癌相关成纤维细胞等 45 种免疫细胞的浸润上存在显著差异（图 11A）。Spearman 秩相关分析和线性拟合进一步揭示了风险评分与免疫浸润细胞的相关性（图 11B - C）。此外，研究还发现低风险组对常用化疗药物的敏感性相对较高（图 11D）。这些结果表明糖酵解相关基因预后模型与肿瘤免疫微环境和化疗敏感性密切相关，可为制定个性化治疗方案提供依据。

图模型相关部分基因表达的验证：

利用 Human Protein Atlas（HPA）数据库分析部分模型基因的蛋白质表达水平，发现 SPINK5、DMRTA1、SLC1A6 和 FASN 在膀胱癌组织中上调，SPINK4 下调（图 12A）。qRT - PCR 检测 10 对膀胱癌组织和相应正常组织中这些基因的 mRNA 表达水平，结果与蛋白质表达趋势一致（图 12B）。该图验证了模型相关部分基因在膀胱癌组织中的表达情况，为模型的可靠性提供了进一步支持。

FASN 在体外实验中的生物学行为：

通过 western blotting 检测 10 例膀胱癌组织标本中 FASN 的表达，发现肿瘤组织中 FASN 表达高于癌旁组织（图 13A）。在 T24 和 UM - UC - 3 细胞中转染靶向 FASN 的 siRNA，验证转染效率后进行功能实验。结果显示，FASN 敲低显著抑制了细胞的迁移、侵袭和增殖能力（图 13B - F）。该图表明 FASN 在促进膀胱癌细胞的增殖、迁移和侵袭中起重要作用，为膀胱癌的治疗提供了潜在靶点。

研究总结

本研究整合多个数据集，系统分析了糖酵解相关基因在膀胱癌中的作用。通过筛选 34 个与预后相关的糖酵解差异表达基因，将膀胱癌样本分为 6 种分子亚型，构建并验证了包含 18 个基因的风险模型。该模型能准确预测膀胱癌患者的预后，与临床病理特征、免疫细胞浸润、免疫检查点及免疫治疗疗效相关，且高低风险组在化疗药物敏感性上存在差异。此外，体外实验证实 FASN 是促进膀胱癌细胞增殖、迁移和侵袭的功能致癌基因。本研究为膀胱癌的预后预测、免疫治疗和化疗方案选择提供了新的生物标志物和潜在治疗靶点，但仍需更多临床样本和前瞻性研究进一步验证风险模型的准确性。

来源：宣宣电竞解说