Abstract Treatment with neoadjuvant chemotherapy (NAC) in muscle invasive bladder cancer (MIBC) is associated with clinical benefit in urothelial carcinoma. While extensive research evaluating role of tumor mutational expression profiles and clinicopathologic factors into chemoresponse has been published, the role of gut microbiome (GM) in bladder cancer in chemoresponse has not been thoroughly evaluated. A working knowledge of the microbiome and its effect on all forms of cancer therapy in BC is critical. Here we examine gut microbiome of bladder cancer patients undergoing NAC. Overall, there was no significant difference in alpha and beta diversity by responder status. However, analysis of fecal microbiome samples showed that a higher abundance of Bacteroides within both institutional cohorts during NAC was associated with residual disease at the time of radical cystectomy regardless of chemotherapy regimen. Group community analysis revealed presence of favorable microbial subtypes in complete responders. Finally, fecal microbial composition outperformed clinical variables in prediction of complete response (AUC 0.88 vs AUC 0.50), however, no single microbial species could be regarded as a fully consistent biomarker. Microbiome-based community signature as compared to single microbial species is more likely to be associated as the link between bacterial composition and NAC response.

PURPOSE The purpose of this study was to elucidate the relationship between the tumor microenvironment (TME) and cellular diversity in bladder cancer (BLCA) progression, leveraging single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) data to identify potential prognostic biomarkers and construct a prognostic model for BLCA. METHODS We analyzed scRNA-seq data of normal and tumor bladder cells from the Gene Expression Omnibus (GEO) database to uncover crucial markers within the bladder TME. The study compared gene expression in normal versus tumor bladder cells, identifying differentially expressed genes. These genes were subsequently assessed for their prognostic significance using patient follow-up data from The Cancer Genome Atlas. Prognostic models were constructed using Least Absolute Shrinkage and Selection Operator and multivariate Cox regression analyses, focusing on eight genes of interest. The predictive performance of the model was also tested against additional GEO data sets (GSE31684, GSE13507, and GSE32894). RESULTS The prognostic model demonstrated reliable prediction of patient outcomes. Validation through gene set enrichment analysis and immune cell infiltration assessment supported the model's efficacy. The results from both the univariate and multivariate analyses suggest that the risk score is an independent prognostic factor with a hazard ratio of 2.97 (95% CI, 2.28 to 3.9, P < .001). In the validation cohort, the AUC at 1, 2, and 3 years is 0.74, 0.74, and 0.72, respectively. CONCLUSION Our findings proposed biomarkers with prognostic potential, laying the groundwork for future in vitro validation and therapeutic exploration. This contributes to a deeper understanding of the genes associated with bladder TME and may improve prognostic precision in BLCA management.

PURPOSE There is significant interest in identifying complete responders to neoadjuvant chemotherapy (NAC) before radical cystectomy (RC) to potentially avoid removal of a pathologically benign bladder. However, clinical restaging after NAC is highly inaccurate. The objective of this study was to develop a next-generation sequencing–based molecular assay using urine to enhance clinical staging of patients with bladder cancer. METHODS Urine samples from 20 and 44 patients with bladder cancer undergoing RC were prospectively collected for retrospective analysis for molecular correlate analysis from two clinical trials, respectively. The first cohort was used to benchmark the assay, and the second was used to determine the performance characteristics of the test as it correlates to responder status as measured by pathologic examination. RESULTS First, to benchmark the assay, known mutations identified in the tissue (M T ) of patients from the Accelerated Methotrexate, Vinblastine, Doxorubicin, Cisplatin trial (ClinicalTrials.gov identifier: NCT01611662 , n = 16) and a cohort from University of California-San Francisco (n = 4) were cross referenced against mutation profiles from urine (M U ). We then determined the correlation between M U persistence and residual disease in pre-RC urine samples from a second prospective clinical trial (The pT0 trial; ClinicalTrials.gov identifier: NCT02968732 ). Residual M U status correlated strongly with residual disease status (pT0 trial; n = 44; P = .0092) when M U from urine supernatant and urine pellet were assessed separately and analyzed in tandem. The sensitivity, specificity, PPV, and NPV were 91%, 50%, 86%, and 63% respectively, with an overall accuracy of 82% for this second cohort. CONCLUSION M U are representative of M T and thus can be used to enhance clinical staging of urothelial carcinoma. Urine biopsy may be used as a reliable tool that can be further developed to identify complete response to NAC in anticipation of safe RC avoidance.