缺氧与乳酸代谢基因特征揭示膀胱癌预后新机制：肿瘤微环境调控与个体化治疗新策略

《BMC Cancer》：Elucidating a novel prognostic signature for bladder cancer by integrating hypoxia and lactate metabolism-related genes: comprehensive bioinformatics analyses and experimental evidence

本研究针对膀胱癌(BLCA)高度异质性和肿瘤微环境(TME)中缺氧与乳酸代谢(HLM)的关键作用，通过整合生物信息学分析和实验验证，构建了基于9个HLM相关基因(ANXA1、ACKR3、TFRC、TCIRG1、ATAD3A、GALK1、DTNA、SLC16A8、SLC13A5)的预后模型(HLMRS)。该特征能有效预测患者预后、免疫治疗反应和化疗敏感性，并首次证实GALK1和TFRC通过促进肿瘤细胞增殖迁移驱动BLCA进展，为个体化治疗提供了新靶点。

　　

膀胱癌作为中国最常见的泌尿系统恶性肿瘤，其高度异质性使得临床预后预测和治疗方案选择面临巨大挑战。尽管手术和化疗等治疗手段不断进步，但仍有相当比例患者出现肿瘤进展和转移。肿瘤微环境(TME)在塑造肿瘤生物学行为和治疗反应中起着决定性作用，其中缺氧和乳酸代谢(HLM)作为TME的两个关键特征，通过代谢重编程和免疫抑制机制促进肿瘤恶性进展。然而，HLM在膀胱癌中的临床价值尚未被系统阐明。

本研究团队通过整合多组学数据和实验验证，在《BMC Cancer》上发表了一项创新性研究，构建了首个基于缺氧和乳酸代谢相关基因的膀胱癌预后特征。研究人员利用TCGA数据库的412例BLCA样本和GEO数据库的验证队列，采用K-means聚类识别出两种具有显著预后差异的分子亚型，并通过随机森林和逐步多变量Cox回归分析，最终确立了包含9个关键基因的预后特征(HLMRS)。

研究采用的主要技术方法包括：基于TCGA和GEO数据库的转录组数据分析、共识聚类分子分型、随机生存森林(RSF)算法筛选特征基因、单细胞测序数据解析肿瘤微环境细胞组成，以及通过体外细胞实验(包括qRT-PCR、Western blot、CCK-8、Transwell等)验证关键基因功能。

分子亚型构建与验证

研究人员基于885个HLMRGs将TCGA队列分为两个亚型：C1(预后差)和C2(预后好)。GSEA分析显示C1亚型缺氧通路显著激活，氧化磷酸化通路抑制，且免疫细胞浸润分析发现C1富含M0/M1巨噬细胞和中性粒细胞，而C2富含naive B细胞和CD4⁺ T细胞，揭示了HLM与免疫微环境的密切关联。

HLMRS预后模型的建立

通过差异表达分析获得362个差异表达的HLMRGs，经多步筛选后建立的9基因特征在训练集和验证集中均表现出卓越的预后预测能力(TCGA队列HR=2.79，AUC>0.65)。该模型在预测性能上优于既往报道的4个相关特征，且富集分析显示高风险组细胞外基质重构通路显著激活。

肿瘤免疫微环境异质性

多重算法免疫浸润分析显示，高风险组TME中M2巨噬细胞、中性粒细胞和癌相关成纤维细胞浸润增加，而低风险组富集抗肿瘤免疫细胞。免疫功能分析进一步证实高风险组存在免疫抑制状态，且TIDE评分和免疫表型评分(IPS)提示低风险组对免疫检查点抑制剂(ICIs)反应更佳。

单细胞水平基因表达图谱

单细胞测序分析揭示了9个建模基因在TME各细胞亚群中的表达模式，其中TFRC和ATAD3A在上皮细胞(恶性细胞)中高表达，为其在肿瘤进展中的作用提供了细胞学依据。

关键基因的实验验证

通过临床样本和细胞系验证发现GALK1和TFRC在BLCA中显著高表达。体外功能实验证实敲低GALK1或TFRC可显著抑制BIU87细胞的增殖、克隆形成和迁移能力，明确了这两个基因的促癌功能。

研究结论表明，HLMRS特征不仅能准确预测膀胱癌患者预后，还能识别共识分子亚型(基底型vs管腔型)和指导治疗决策。高风险患者更适合紫杉醇类化疗或GC方案(吉西他滨+顺铂)，而低风险患者对多种化疗方案均敏感。该研究首次将缺氧与乳酸代谢特征系统整合到膀胱癌预后模型中，为理解肿瘤微环境异质性和推进精准医疗提供了重要理论依据和实践工具。