《International Journal of Molecular Sciences》：Deep Genomic Characterization of Bacillus subtilis SNUY1 & 168 Using MAYA (Multistage Analysis of Prokaryotic Annotations): An Integrated Snakemake-Based Bioinformatics Pipeline
许多广泛使用的创伤性脑损伤（traumatic brain injury, TBI）开颅模型需要在损伤前进行颅骨切开术，而假手术（sham）动物接受手术但无冲击，并作为对照。然而，假手术本身可能改变生理、分子和行为参数，使TBI特异性效应的解释复杂化。本叙述性综述基于结构化PubMed检索，综合采用三组设计的研究，以区分损伤相关变化与颅骨切开术及其他围手术期操作相关变化。证据表明，假手术产生结局、区域和时间依赖性的效应，通常较TBI更轻、更局限且更短暂。这些效应包括神经炎症反应、局部神经元改变、暂时性感觉运动和认知缺陷、伤害感受变化以及肠道微生物群改变。相反，TBI引起更严重的异常，包括广泛神经元损伤、持续性星形胶质细胞增生、小胶质细胞激活、中性粒细胞浸润、线粒体功能障碍和长期菌群失调。大多数电生理参数相对不受假手术影响，尽管已有选择性变化报道。重要的是，na?ve与sham动物之间的差异不能完全归因于颅骨切开术，因为麻醉、镇痛和手术技术也可能起作用。因此，假手术不应被视为生物学中性对照。在临床前研究中，当区分手术相关效应与损伤特异性效应时，纳入na?ve和sham两组尤为重要。
1. Introduction
TBI仍是现代医学和神经生物学重大挑战，具高死亡率和长期并发症；原发机械损伤后出现炎症、氧化应激、线粒体功能障碍和神经元死亡等继发级联。动物模型需考虑年龄、性别、体重、遗传、麻醉和可重复性。现有研究常仅比较TBI与sham，忽略开颅和麻醉影响；本叙述性综述旨在分析na?ve/sham/TBI三组设计，区分创伤与手术效应。
2. Cranial Trepanation Procedure and TBI Induction
2.1. Trepanation of the Skull: Craniotomy and Craniectomy
开颅分为craniotomy与craniectomy。Craniotomy去骨瓣后以骨片或材料回置，用于TBI造模；craniectomy去除骨瓣减压，可能伴颅骨变形和神经功能障碍。标准craniotomy包括麻醉、立体定位固定、剃毛、切皮、牵开软组织、钻孔、控制孔径和深度、TBI诱导（sham跳过）、闭合伤口、体温监测及治疗窗。体温控制是必要环节。
2.2. Open Head Injury Models of TBI
开颅模型主要包括受控皮层冲击（controlled cortical impact, CCI）和液压冲击损伤（fluid percussion injury, FPI），优点为精确控制力、速度、深度、压力，重复性高，可模拟不同严重度；缺点是需开颅，临床对应有限，不能立即行为测试，且无脑干变形。
2.2.1. The Controlled Cortical Impact Model
CCI用立体定位冲击器对暴露脑区施加可控冲击，气动和电控，精确控制深度、速度和停留时间，再现局灶性脑损伤。
2.2.2. Fluid Percussion Injury
FPI通过开颅口向完整硬脑膜传递液体压力脉冲；中线FPI致弥漫性损伤，旁矢状FPI致同侧局灶和对侧弥漫损伤。
2.3. Closed Head Injury Models of TBI
闭合性模型不破坏头部组织完整性，更接近临床TBI，可致弥漫性轴突损伤（diffuse axonal injury, DAI）、血管损伤、缺氧缺血性脑病和脑水肿；但参数控制差、颅骨骨折风险高。包括WDI、I/A、活塞冲击、CHIMERA、爆炸伤和非冲击旋转模型。
3. Comparison of the Effect of Trepanation and TBI on Physiological Parameters
3.1. Effect of Perioperative Factors on Body Weight of Experimental Animals in TBI Models
TBI后体重和增重下降；sham有时低于na?ve，但多数差异主要反映TBI本身。
3.2. Effect of Perioperative Factors and TBI on Morphological Changes in the Brain
TBI改变同侧半球、背侧皮层、心室和脑水肿；sham多无大规模结构改变，但杏仁核体积可降低。TBI vs sham有时不显著，TBI vs na?ve更一致。
3.3. Neuronal Changes Induced by Perioperative Factors and TBI
TBI致DAI、神经元死亡、树突变形、星形胶质细胞增生和小胶质激活；sham在开颅区出现轻度炎症、轴突肿胀和血管周结构。三组设计最佳。
3.4. Effect of Perioperative Factors on Electrophysiological Parameters of Various Brain Regions in TBI Models
TBI抑制长时程增强（long-term potentiation, LTP）、改变突触传递和兴奋性；sham对海马电生理影响小，个别LTP差异可能与麻醉/通气有关。运动诱发电位无差异；ECoG的Est-ED在sham持续降低，提示开颅影响皮层功能状态。
3.5. The Effect of Perioperative Factors and TBI on Peripheral Targets
TBI持续影响尿道括约肌、膀胱和气道超微结构；sham仅短暂排尿改变，气道无显著损伤。
4. Comparison of the Effects of Craniotomy and TBI on Animal Behavioral Characteristics
4.1. The Effect of Perioperative Factors on Cognitive Functions in TBI
TBI致工作记忆、空间学习、参考记忆和识别记忆损害；sham早期任务获取困难、短暂空间定向障碍，多可补偿。
4.2. The Role of Perioperative Factors in Stress-Related and Exploratory Behavior of Rodents in TBI Models
TBI增加冒险、探索和焦虑样行为；sham居中，可能与下丘脑-垂体-肾上腺（hypothalamic–pituitary–adrenal, HPA）轴激活有关；恐惧消退多保留，痛敏恢复较快。
4.3. The Effect of Craniotomy and TBI on Social Behavior
TBI社交识别和互动受损；sham无社交功能障碍。
4.4. The Effect of Perioperative Factors and TBI on Activity Cycles
TBI改变睡眠-觉醒节律、NREM/REM和睡眠纺锤波；sham早期REM增加、后期NREM增加，反映恢复性可塑性。TBI后酒精摄入增加。
4.5. The Effect of Perioperative Factors on Sensorimotor Parameters of Animals in a Model of TBI
TBI持续运动、平衡、协调和感觉运动损害；sham短暂缺陷，多可恢复。
5. The Effect of Craniotomy on Brain Metabolic Parameters in Traumatic Brain Injury Modeling
5.1. Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF)
TBI和sham均可降低BDNF，TrkB下调仅TBI。
5.2. Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP)
TBI显著星形胶质细胞增生和血清GFAP升高；sham可轻度反应。
5.3. S100 Calcium-Binding Protein B (S100B)
TBI和sham均升高，TBI更高。
5.4. Myelin Basic Protein (MBP)
TBI髓鞘破坏和MBP密度降低；craniotomy影响小。
5.5. The Role of Craniotomy in Protein Misfolding and Aggregation in Modeling TBI
TBI增加淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein, APP）/β-淀粉样蛋白（amyloid beta, Aβ）；P-tau在sham和TBI均升高。
5.6. Other Protein Biomarkers of TBI Associated with Various Pathophysiological Processes in TBI
UCHL1仅TBI第2天升高；vimentin、IBA1、C3、CD68在sham和TBI升高但TBI更强；MAP2仅TBI降低；PPAR-α/γ两者降低；CatB、Dyn A受手术短暂影响；HA、GLUT4、Hk-1、Bcl-2/Bax/Bad/Casp9、NF68/NF200和脂质过氧化显示TBI更广泛。
5.7. The Effect of Traumatic Injury Due to TBI on the Level of Hormones and Amino Acid Metabolites
TBI致色氨酸代谢持续异常，抑制血清素/褪黑素通路；sham无影响。
5.8. The Effect of Traumatic Injury Due to TBI on Mitochondrial Dysfunctions
TBI致线粒体生物能量障碍、mtDNA拷贝数下降、循环mtDNA升高、TSPO下降、TFAM区域改变和PINK1升高；sham可致mtDNA损伤但功能改变较轻。
5.9. The Role of Craniotomy in TBI-Induced Alterations in Blood microRNA
多个miRNA在sham后升高，TBI更明显；miR-124-3p仅TBI升高。
6. The Role of Craniotomy in Inflammatory Processes During Traumatic Brain Injury Modeling
6.1. Interleukins
TBI使IL-1β、IL-6等更强，手术可触发局部炎症，TBI扩展至丘脑和全身；IL-4、IL-10变化。
6.2. Tumor Necrosis Factor A
TNF-α在sham短暂升高，TBI持续升高。
6.3. Other Inflammatory Markers
NFκB在sham和TBI均升高；Ptgs2仅TBI；自身抗体在TBI和sham出现；MPO仅TBI。
6.4. The Effect of TBI on the Microbiome
TBI和craniotomy均改变肠道菌群，手术多为短暂，TBI长期菌群失调。
7. Discussion
假手术非中性，效应具结局、区域和时间依赖性；麻醉是生物活性修饰因素；na?ve与sham差异不能全归因开颅，麻醉、镇痛、手术技术、钻孔产热、开颅类型、体温控制和术后疼痛均影响。动物种属、体重、年龄、性别、模型、开颅位置和评估时间等异质性限制定量比较。结论为定性规律。3R框架下，纳入na?ve可提高信息价值，Refinement需优化麻醉镇痛和术后护理。
8. Materials and Methods
截至2025-03-31在PubMed系统检索，三查询共616篇，排除重复、综述、临床、缺失组、合并组等，Web of Science补充13篇，最终纳入56篇。偏倚风险多低。动物以Sprague-Dawley、Wistar大鼠和C57BL/6小鼠为主，多为雄性；CCI、FPI等模型。未纳入麻醉单独组。
9. Conclusions
sham不应视为生物学中性对照；其改变通常较TBI更轻、更局限、更短暂。na?ve、sham和TBI是不同实验状态。na?ve与sham差异应解释为sham操作相关而非仅开颅。纳入na?ve和sham有助于区分效应；三组设计并非普遍必需，但在科学和伦理上可合理。3R中Reduction与Refinement需重视。
