《Animals》：Retinal Transcriptomic Signatures in Sudden Acquired Retinal Degeneration Syndrome (SARDS) and Cancer-Associated Retinopathy (CAR)
Sinisa Grozdanic,
Aleksandar Poleksic,
Djordje Racic,
Dylan Bock,
Tatjana Lazic and
Markus Kuehn
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本研究旨在解析犬突发获得性视网膜变性综合征(SARDS)与癌症相关性视网膜病变(CAR)的分子机制差异。研究者通过对两种疾病的视网膜基因表达谱进行比较分析，结合KEGG/GO通路富集、深度学习模型(ProteinBERT)及大语言模型(LLMs)预测，揭示了二者共享的免疫介导（T细胞共刺激、补体激活）本质及在血管炎症(SARDS)与副肿瘤性模拟(CAR)方面的差异，并筛选出潜在的免疫抑制/调节治疗靶点，为人类与兽医自身免疫性视网膜病变提供了新的病理见解与治疗方向。
在宠物狗的世界里，有一种令人忧心的致盲疾病——突发获得性视网膜变性综合征（Sudden Acquired Retinal Degeneration Syndrome, SARDS）。患病犬只可能在短短几天到几周内完全丧失视力，且病因不明，目前缺乏特效疗法。临床上，还有一种名为癌症相关性视网膜病变（Cancer-Associated Retinopathy, CAR）的犬类眼疾，其症状表现与SARDS惊人地相似。这两种疾病是否会共享相似的“幕后黑手”？它们的分子层面究竟发生了什么？如果能揭开这个谜团，不仅能为无数失明的小狗找到希望，也可能为人类类似的自身免疫性视网膜病变（Autoimmune Retinopathies, AIRs）带来新的治疗思路。
为此，一个由Sinisa Grozdanic、Aleksandar Poleksic、Djordje Racic、Dylan Bock、Tatjana Lazic和Markus Kuehn组成的研究团队，在《Animals》期刊上发表了一项开创性的研究。他们决定从基因层面入手，对SARDS和CAR的视网膜进行深度“扫描”和比对，旨在找出导致视力丧失的关键分子通路，并利用前沿的人工智能技术，探索潜在的治疗药物。
为了回答上述问题，研究人员综合运用了多种计算与实验技术。首先，他们利用了已发表的犬SARDS和CAR视网膜微阵列数据进行转录组学分析。核心分析手段包括：使用DAVID和MetaCore工具进行京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG）通路和基因本体论（Gene Ontology, GO）富集分析，以识别功能相关的基因集合。同时，研究者采用了基于BERT架构的深度学习语言模型ProteinBERT，以及大语言模型（Grok-4, ChatGPT4o），基于富集分析结果预测潜在的药物靶点和候选药物。在实验验证方面，研究对可用的SARDS视网膜组织进行了免疫组织化学（Immunohistochemistry, IHC）分析，检测了T细胞（CD3）、B细胞（CD79）及补体成分（C1q, C4）的表达与定位。此外，研究还通过酶联免疫吸附试验（ELISA）定量检测了一个较大SARDS队列（59例）、CAR（5例）及健康对照（19例）犬血清中的血管内皮生长因子（Vascular Endothelial Growth Factor, VEGF）水平。
3. 结果
3.1. 转录调控网络分析
通过转录因子（Transcription Factor, TF）网络富集分析发现，在SARDS和CAR视网膜中，多个与免疫过程密切相关的TF网络被显著激活。其中，CREB1网络评分最高，其相关的GO生物过程包括白细胞趋化、TNF细胞因子产生和防御反应。其他关键TF如SP1、PU.1 (SPI1)、c-Jun、c-Myc、NF-κB (RelA)、ESR1、STAT1、雄激素受体和IRF8也均被富集，这些网络共同指向了强烈的免疫介导过程、抗原提呈和炎症反应。
3.2. GO富集分析
GO分子功能富集分析显示，在SARDS和CAR联合数据集中，半胱氨酸型内肽酶活性、肽酶活性、趋化因子受体结合、MHC II类受体活性、蛋白酪氨酸激酶活性和氧化还原酶活性等功能类别显著富集。这表明蛋白酶解过程、免疫相关信号传导和抗原提呈在疾病中发挥重要作用。
3.3. KEGG通路富集分析
KEGG通路分析揭示了两种疾病上调和下调通路的特征。共同上调的通路主要集中在细胞粘附分子、移植物抗宿主病、同种异体移植排斥、自身免疫性甲状腺疾病、I型糖尿病和病毒性心肌炎等免疫相关通路上，表明强烈的T细胞共刺激和抗原提呈机制。共同下调的通路则主要与心脏功能相关，如肥厚型心肌病、心肌收缩，以及与视觉感知和MAPK信号相关的通路也被抑制，这很可能反映了光感受器细胞的丧失。对免疫相关通路的聚焦分析进一步确认，T细胞激活和补体激活通路在SARDS和CAR的视网膜损伤机制中可能扮演重要角色。
3.4. SARDS与CAR的比较分析
尽管共享许多特征，两者也存在差异。CAR样本显示出相对更高的癌症相关免疫调节基因（如CCR5, CXCR4）表达，符合其副肿瘤性特征。而SARDS样本则表现出更强的补体和凝血相关基因（如C5AR1, CD86）富集，提示血管炎症和先天免疫激活可能在其发病机制中更为突出。
3.5. SARDS视网膜中免疫细胞的免疫组化确认
免疫组化分析在SARDS视网膜中，特别是血管周围区域，检测到了T细胞（CD3阳性）和B细胞（CD79阳性）的存在，而在对照组视网膜中未发现，证实了免疫细胞浸润。
3.6. SARDS视网膜中补体活性的免疫组化确认
补体成分C1q和C4的免疫组化定量显示，在SARDS视网膜中，尤其是在外周视网膜区域，其蛋白沉积显著高于健康对照组，且外周区域沉积高于中央区域，证实了补体系统的激活。在CAR视网膜中也观察到了类似的补体沉积增加。
3.7. 犬血清中血管内皮生长因子（VEGF）的分析
ELISA检测显示，SARDS患者血清VEGF水平（20.43 ± 8.2 pg/mL）显著高于健康对照组（1.6 ± 1 pg/mL）。CAR患者血清VEGF水平（20.54 ± 15.6 pg/mL）虽也升高，但与对照组相比无统计学显著性。这表明VEGF可能在SARDS的血管炎症过程中发挥作用。
3.8. 基于微阵列/转录组数据和临床症状，利用LLM模型识别SARDS与人类视网膜疾病的潜在相似性
使用大语言模型（Grok-4.20 Beta）对SARDS微阵列数据进行分析，发现其与人类自身免疫性视网膜病变（AIR）和癌症相关性视网膜病变（CAR）具有高度相似性，与年龄相关性黄斑变性（AMD）和糖尿病视网膜病变（DR）有中度相似性，与视网膜色素变性（RP）相似性较低。基于临床症状的分析也得出了类似的结论，最高相似性指向AIR/CAR。
3.9. 基于微阵列数据分析SARDS与CAR的异同及其与人类自身免疫性视网膜病变的比较
LLM分析确认了SARDS和CAR之间的相似性（免疫系统激活、补体激活、光感受器死亡）和差异（CAR中存在癌症疾病特异性基因表达，而SARDS中没有），这些发现与DAVID和MetaCore的转录组分析结果高度一致。
3.10. 使用ProteinBERT深度学习模型（DLM）识别潜在药物靶点
基于GO和KEGG富集数据，使用在DrugBank、BioSnap和治疗靶点数据库（TTD）上训练的ProteinBERT DLM进行分析，预测了多类可用于治疗SARDS和CAR的免疫抑制和免疫调节药物靶点。
3.11. LLM识别潜在药物靶点
使用大语言模型（Grok-4, ChatGPT4o）对相同的富集数据进行分析，同样识别出了多类免疫抑制/调节药物，与DLM预测的数据存在显著重叠。
4. 讨论与结论
本研究首次对犬SARDS和CAR进行了全面的转录组学比较，揭示了二者共享的免疫介导分子特征以及疾病特异性的差异。核心结论如下：
- 1.
免疫介导的共同本质：转录因子网络、GO和KEGG分析一致表明，SARDS和CAR均以强烈的免疫激活为特征，特别是T细胞共刺激、补体激活、抗原提呈和白细胞趋化通路的上调，支持了二者均为免疫介导性疾病的假说。关键的转录因子如CREB1、NF-κB等在其中扮演了核心调控角色。
- 2.
疾病特异性差异：CAR表现出更强的与副肿瘤性相关的趋化因子信号（如CCR5, CXCR4）上调。而SARDS则显示出更显著的补体/凝血通路（如C5AR1）富集和血管炎症特征，其血清VEGF水平显著升高，视网膜中补体成分（C1q, C4）沉积增加，且外周视网膜更甚，提示先天免疫激活和血管炎症在SARDS中可能具有特殊重要性。免疫组化证实了SARDS视网膜中存在T细胞和B细胞浸润。
- 3.
下游功能受损：两种疾病均表现出与视觉感知和光转导相关基因的下调，这直接对应于光感受器细胞的丧失。同时，一些心肌细胞信号相关通路的下调，可能反映了视网膜神经元损伤导致的细胞骨架变化，或暗示了血管共病的存在。
- 4.
与人类疾病的相似性及治疗启示：AI分析（LLM）进一步确认SARDS与人类自身免疫性视网膜病变（AIR/CAR）高度相似，而与其它视网膜变性疾病相似度较低，加强了其作为人类AIR动物模型的价值。基于AI（ProteinBERT DLM和LLMs）的靶点预测，提出了多种潜在的免疫治疗策略，包括T细胞共刺激阻滞剂（阿巴西普）、补体抑制剂（依库珠单抗、阿伐可泮）、白细胞黏附阻滞剂（那他珠单抗）、钙调神经磷酸酶抑制剂（环孢素A、他克莫司）以及广谱免疫调节剂（IVIg、皮质类固醇），为未来的转化研究和药物重定位提供了有理有据的起点。
总之，这项研究不仅深入阐释了SARDS和CAR的免疫病理机制，明确了其间的异同，还为开发针对这类致盲性眼病的新型疗法提供了宝贵的分子靶点和理论框架。将计算生物学、深度学习与实验验证相结合的研究范式，也为未来在兽医和人类医学中探索复杂疾病的机制与治疗开辟了新的途径。
