摘要：在过去二十年中全世界剖腹产（C-section）的数量显著增加，尽管这可以挽救生命，但对宿主生理的持久影响目前正在接受进一步的研究。事实上流行病学数据表明剖腹产与多种免疫、代谢和神经精神疾病有关。众所周知，剖腹产会改变新生儿肠道微生物群的定植（剖腹产婴儿缺乏与通过产道相关的阴道微生物群），反过来会影响许多重要生物系统的发育和维持。适当的动物模型是解开剖腹产中缺失微生物在大脑健康和疾病作用的关键。本文探讨了剖腹产对几种生物系统发育（和维持）的影响及肠道微生物组对剖腹产相关改变的影响。

关键词：剖腹产  出生方式  肠道菌群  微生物-肠-脑轴  动物模型

剖腹产生物学：在向出生的过渡期间，新生儿发生了许多重大的生理事件； 开始通过肺部呼吸空气，喂养方式从脐带改为经口喂养。因此，新生儿的生理机能对促使宫内向宫外生命转变的所有信号线索高度敏感。在分娩期间新生儿在通过产道时会经历长时间的缺氧，并伴随着出生信号激素（如催产素、精氨酸加压素、肾上腺素和去甲肾上腺素）的激增。这些高水平的出生信号激素会引起必要的生理变化以适应宫外环境。例如，催产素参与新生儿的产热、肺成熟、喂养开始、疼痛和神经发育以及母婴关系。在所有胎生物种中，胎儿下丘脑-垂体-肾上腺 (HPA) 轴的激活是导致分娩的常见途径。选择性剖腹产手术对分娩后代的内分泌系统有一定影响。阴道分娩的婴儿在出生时表现出比剖腹产婴儿更高的皮质醇水平，因为出生时伴随着胎儿皮质醇分泌激增和应激反应。分娩方式也会影响新生儿的应激反应因为通过剖腹产出生的婴儿在常规乙型肝炎疫苗接种后没有表现出显着的皮质醇增加，与阴道分娩的婴儿相比他们的整体皮质醇反应性较低。剖腹产被认为通过多种机制影响后代的免疫系统。 例如，据报道，由于出生前缺乏应激反应而导致免疫力发生变化且由于肠道细菌定植受到干扰而导致免疫启动发生变化。大量流行病学数据支持剖腹产可能与短期和长期免疫改变有关。剖腹产是多种免疫功能紊乱的危险因素，如哮喘、过敏和I型糖尿病。剖腹产婴儿的新生儿微生物群已被确定为剖腹产与免疫疾病之间关联的介质。剖腹产出生的儿童患哮喘的风险增加，但前提是他们的肠道微生物群在一岁时仍保留剖腹产微生物特征。剖腹产婴儿的免疫表型发生改变，脐血中的白细胞计数减少。来自剖腹产婴儿脐血的中性粒细胞在大肠杆菌攻击下表现出中性粒细胞活化减少。与阴道分娩的婴儿相比剖腹产婴儿的脐带血中 IL-1β、IL-6、肿瘤坏死因子-α (TNF-α) 和肿瘤坏死因子-γ (TNF-γ) 水平较低。与阴道分娩的婴儿相比，在手术过程中对母亲进行全身麻醉可能会对剖腹产婴儿的免疫系统产生一些不同的影响。栖息在胃肠道的微生物在宿主营养代谢、维持肠道完整性、抵御病原体以及免疫和内分泌调节中发挥作用。剖腹产对后代微生物群的获得和成熟产生了重大影响。

剖腹产动物模型：剖腹产的动物模型对于帮助我们理解剖腹产分娩的生理机制以及对母亲和后代的生理和行为后果至关重要。研究介入治疗方法以解决该过程中出现的变化仍然至关重要。剖腹产的动物模型类似于人类的外科手术；在怀孕母鼠的腹部和子宫上切开一个切口，然后用手快速将幼鼠从子宫中取出。对啮齿类动物而言可以通过施用麻醉剂来模拟人类的情况，或者在没有麻醉剂的情况下（在牺牲怀孕母鼠的情况下）来研究该过程中涉及的机制。交叉培育是一种成熟的研究技术，广泛用于研究肠道微生物群、免疫系统和表观遗传学的早期生命操作。虽然这是一种方便的程序并且不会对行为带来实质性的改变，但出生时的交叉抚养也可以改变成年期的代谢和分子水平。剖腹产/交叉培育模型的剖腹产是在另一只同时交配的怀孕母鼠阴道分娩后进行的以避免剖腹产幼崽过早分娩。猪后代与母猪分离由研究人员交叉饲养或喂养。这种剖腹产/交叉培养模式并非不受限制。 首先剖腹产出生的幼崽稍微早剖与阴道出生的幼崽有很大区别。其次，剖腹产的幼崽是由另一只母畜抚养的。将剖腹产出生的幼崽交叉寄养到另一只母畜，这些幼崽接触不到初乳。剥夺初乳对家畜出生后早期免疫发育具有重要作用。

图1、剖腹产啮齿动物模型。

图2、剖腹产引起的生理和行为变化。

剖腹产和抗生素暴露模型：根据临床指南，所有接受剖腹产手术的产妇都接受预防性抗生素治疗以防止产后感染。这个过程被认为对母亲和婴儿都是安全的，但对新生儿的长期影响仍不清楚。，向交叉寄养母畜添加母体抗生素暴露是一个值得研究的有趣且更具转化性的模型。在研究微生物组时，剖腹产与抗生素暴露的结合特别有趣。广谱抗生素治疗可显著改变肠道微生物组成并导致微生物改变。此外，它还诱导宿主发生进一步的内在生理变化。母体抗生素治疗不仅可以改变肠道微生物组成，还可以改变成年后代的脑细胞因子和行为。剖腹产和抗生素暴露啮齿动物模型的研究表明，剖腹产出生并暴露于母体抗生素的成年后代不仅表现出剖腹产出生的后代中常见的焦虑样和社交缺陷且与剖腹产出生的后代相比其抑郁样行为增加，血浆中皮质酮水平升高。与剖腹产且未接触抗生素的动物相比，母体接触抗生素导致幼崽肠道微生物多样性的减少更大，这表明给予泌乳母畜抗生素也到达了新生儿的肠道。进一步强调了微生物群的强烈破坏如何改变宿主的生理和行为。鉴于该模型的临床相关性，在评估剖腹产对宿主生物学的影响时应使用该模型。

剖腹产对生物系统的影响：剖腹产最初是在啮齿动物中进行的以无菌方式分娩幼崽形成缺乏所有微生物的啮齿动物群落也称为无菌啮齿动物。在 1990 年代之前剖腹产模型被用于研究后代手术和阴道分娩之间的生理差异在 Sprague-Dawley 大鼠、恒河猴、猪和羔羊身上使用剖腹产。由于猪的生理、器官大小和重量更接近人类状况，它是研究代谢相关疾病的合适物种因此已被用于研究与出生有关的问题。猪也是研究神经科学的有用工具因为猪脑在神经发育和大脑成熟方面比啮齿动物更类似于人脑。已采用剖腹产啮齿动物模型来研究分娩方式与微生物群采集之间的关系。母体微生物向后代的垂直传播是后代正确代谢、免疫和神经元发育的基本因素。 因此，我们的目标是汇编有关剖腹产介导的母亲和后代生理、行为和发育的主要变化的所有引人注目的临床前证据。

生理变化：剖腹产与子代整个生命周期中涉及中枢神经系统、内分泌、免疫和代谢系统的许多生理领域的众多变化有关。这些变化将在这里全面展示，以展示剖腹产引起的广泛变化及其潜在后果。动物的外科分娩——意味着缺乏“出生”过程中的许多过程，例如应激激素的释放和出生时长时间缺氧——对新生儿和以后的生活有许多影响。

剖腹产的神经生物学：多巴胺能系统：中枢神经系统-多巴胺能系统似乎很容易因剖腹产而发生改变。多巴胺是一种大脑神经递质调节许多大脑通路，包括与奖励动机行为和运动活动有关的通路。中脑边缘通路将多巴胺从中脑腹侧被盖区 (VTA) 传递到腹侧纹状体，包括伏隔核 (NAcc) 和嗅结节，并调节与奖赏相关的认知。另一方面中皮层通路将多巴胺从 VTA 传递到前额叶皮层 (PFC)并调节执行功能。这些多巴胺能通路的功能障碍与成瘾、精神分裂症和注意力缺陷多动障碍（ADHD）有关。许多此类疾病也与产科并发症有关。由于剖腹产多巴胺能系统会不断发生改变。剖腹产出生的幼鼠的多巴胺能系统在血浆水平及大脑的儿茶酚胺水平和出生时糖酵解产物中表现出改变。青春期剖腹产大鼠的 NAcc 和背侧纹状体 (dSTR) 中的多巴胺 D1 样受体水平升高。这些改变不是暂时的，剖腹产会导致啮齿动物模型儿茶酚胺能系统的持久神经化学改变，剖腹产成年大鼠的酪氨酸羟化酶 (TH) 水平增加 50%，多巴胺 (DA) 增加约 40%。同时，兴奋性氨基酸受体也受到出生模式的影响。

神经发育：出生是大脑结构发育的关键时期，这一过程的改变可能导致短期和长期后果的改变。尽管人们越来越接受肠道微生物调节对神经认知发育的影响，但对于诸如出生方式等环境因素如何影响神经可塑性和神经发育的研究却很少。其中一项研究报告说，剖腹产会导致小鼠海马锥体神经元的短暂发育迟缓和婴儿期的交流缺陷，但不会导致 GABA 能系统的变化或长期后果。剖腹产出生的青春期大鼠中PFC和NAcc神经元以及海马CA1区锥体神经元中的树突棘密度较低，但成年期没有观察到。与阴道分娩相比，剖腹产减少了大脑许多区域中神经活动标记物C-Fos的表达，并且许多突触传递相关蛋白的水平在出生时也发生了改变。

内分泌系统：在研究内分泌系统时，应特别注意计划外剖腹产与计划或选择性剖腹产之间的区别，因为计划外剖腹产早在分娩开始之前就安排好了，并将避免HPA轴的激活。与阴道分娩仔猪相比，剖腹产仔猪出生时血清中皮质醇浓度降低 2 倍，促肾上腺皮质激素 (ACTH) 水平升高 2 倍。新生儿从宫内生活过渡到宫外生活需要许多反映在激素水平上的成熟变化。产后剖腹产猪的血浆皮质醇和生长激素水平较高，而 IGF-1 和 IGF-2 水平降低。分娩方式对猪产后 HPA 轴的影响很大。 在 HPA 轴刺激下剖腹产仔猪的皮质醇水平高于阴道产仔猪。剖腹产成年大鼠受到 20 分钟的约束应激时观察到相同的反应。这些结果表明 HPA 的破坏会持续到出生后。

免疫系统：由于免疫系统受其他系统调节，这些系统因传递方式（多巴胺能、内分泌和微生物组）而改变，因此免疫系统可以通过传递方式直接调节或通过其他生物系统间接调节。由于出生方式，在仔猪出生时和2周龄时许多器官中几种细胞因子的mRNA表达水平没有受到影响。在另一项研究中，在出生后 7 天IFN-γ 基因表达下降了两倍，其血清浓度仍低于出生后 14 天阴道出生的仔猪。而14日龄仔猪面临免疫LPS时阴道和剖腹产出生的动物的炎症因子（如细胞因子或皮质醇）水平没有差异，表明在急性反应试验中分娩方式没有改变免疫系统功能。无菌动物研究表明，肠道微生物群参与免疫系统的发育和成熟，并且在早期发育的关键时间窗口中细菌定植是实现成人正常免疫发育所必需的。肠道微生物群的转移可以调节剖腹产动物的免疫系统。与经阴道分娩的年龄匹配小鼠相比，将剖腹产幼崽在出生时接种人类分离的阴道微生物导致新生儿和成年期先天性和适应性免疫细胞的数量发生改变。这些数据表明，出生相关微生物的早期定植对从新生儿期到成年期的循环免疫细胞组成具有持久影响。

代谢：分娩方式已被证明会影响食欲调节，因为剖腹产仔猪在 7 日龄时食欲肽水平降低。剖腹产仔猪出生时胃泌素水平较低，胃泌素是一种参与消化的肽激素，这进一步支持了这一观点。皮质醇在仔猪胎儿发育过程中刺激胃泌素的分泌，这可以部分解释为什么剖腹产的动物会出现这些代谢变化。由于肝脏代谢与葡萄糖稳态有关，肝脏的改变可能导致肥胖或其他代谢疾病。

行为变化：社交能力：产科并发症（如出生时缺氧或紧急剖腹产）通常与具有重要社会障碍的神经行为病理学相关，如精神分裂症、自闭症和多动症。社会行为通常被视为具有多种神经基础的一系列复杂行为。在临床前实验中通过观察与同种动物的自愿互动来研究社会行为。例如，与阴道出生的大鼠相比剖腹产的青春期大鼠的社会交往增加。青春期动物社交行为的增加通常被解释为社交焦虑，因此表明存在焦虑样障碍。另一种广泛使用的啮齿动物社交行为技术是三室社交测试带来了对啮齿动物社交和社会认知的见解。El-Khodor和Boksa报告通过剖腹产或在剖腹产加缺氧期出生的成年大鼠在阴道内的伤害反应没有差异表明分娩方式不会改变成年大鼠的疼痛敏感性。

结论：剖腹产动物模型已成为评估剖腹产对生理和行为产生的影响的宝贵工具。啮齿动物研究强调了一定程度的性别依赖脆弱性，这可能有助于解释流行病学人类数据中的差异。为了能够充分了解剖腹产的影响以及如何将其降至最低，仍有一些尚未探索的影响需要解决。微生物组学和神经科学领域的共同努力有可能揭示剖腹产个体改变背后的作用机制，并确定新的、有效的和安全的策略来解决这些问题而动物模型将是这些方法的关键。

原文出自：Animal models for assessing impact of C-section delivery on biological systems - ScienceDirect