基于CiteSpace的秀麗隱桿線蟲衰老研究可視化分析

王丹丹，胡元會，石晶晶，石樹青，程艷玲

(1.中國中醫科學院廣安門醫院心血管科,北京100053； 2.陜西中醫藥大學第一臨床醫學院中醫系,陜西 咸陽 712046；3.中國中醫科學院廣安門醫院南區科教處,北京 102618)

衰老是生命體的必經過程，表現為結構退行性變、功能衰退、適應性和抵抗力減退等[1]。衰老亦可以簡單地定義為生理完整性的喪失和功能受損[2]。為了減少衰老對人的影響，深入探索衰老的機制對防治相關疾病具有重要意義。秀麗隱桿線蟲作為模式生物被廣泛應用于衰老機制的研究。人們在線蟲體內發現了60%～80%的人體疾病相關基因[3]，這為研究人類的衰老奠定了理論基礎。

目前有眾多國家和機構正在應用秀麗隱桿線蟲作為模式生物進行衰老機制的研究，但是各個機構之間聯系較少，信息交流困難，無法準確把握最新的研究熱點。CiteSpace是一款信息可視化軟件[4]，能夠通過對文獻進行計量分析和制作可視化圖譜發現某領域的研究熱點和前沿方向[5]。本研究采用CiteSpaceV5.4.R3軟件對2004—2018年應用秀麗隱桿線蟲作為模式生物以研究衰老機制的文獻進行可視化分析，為后續研究工作提供理論參考。

1 資料與方法

1.1文獻來源 于Web of science核心合集(SCIE)數據庫中以(senility OR aging)AND(Caenorhabditis elegans OR C.elegans)為檢索策略檢索文獻，時間跨度為2004年1月至2018年12月。以純文本的格式導出檢索結果的全記錄(包含全部作者、標題、來源出版物、關鍵詞及參考文獻)與引用的參考文獻。

1.2研究方法 將所導出的數據命名為“download_***.txt”保存至文件夾“data”,并且新建“project”文件夾作為導出文件夾，隨后開始進行可視化分析。時間分區(Time Slicing):2004—2018，時間切片(Years Per Slice)：2年。根據不同的分析目的設置不同的節點類型。選擇標準(Selection Criteria):將TOP N設置為50，剪切方式(Pruning)采用Pathfinder法[6]。

2 結 果

2.1檢索結果 檢索共獲得2004—2018年關于衰老和秀麗隱桿線蟲研究的文獻3 944篇，被引頻次總計202 050，H指數為196，平均引用次數51.23次。年度發文量均在120篇以上，2014年和2017年是發文高峰年，見圖1。

圖1 年度發文量

2.2可視化分析

2.2.1重點國家和機構分布 用軟件生成國家和機構合作圖譜，其中N=150，E=161(N：節點數；E：連線數)，見圖2。中心性與發文量排名前5的機構和國家見表1、2，在該領域占主要地位的是美國、英國、德國。英國倫敦大學學院(UCL)是該領域的權威機構，主要研究方向為自噬與線蟲衰老之間的聯系。

2.2.2作者共被引情況 作者共被引圖譜可以體現該領域中較有影響力的研究團隊和具有潛在合作可能的作者信息，幫助各個機構建立合作關系，其中N=118，E=118，見圖3。中心性最高的作者是Holzenberger M，被引頻次最高的作者是Kenyon C，他們發表的文章被大量引用，在線蟲衰老機制的研究中具有一定影響力，見表3。

2.2.3熱點詞匯分析

2.2.3.1關鍵詞聚類分析 按中心性和出現頻次排序靠前的關鍵詞有胰島素、磷脂酰肌醇-3-激酶、飲食限制、氧化應激。用軟件對關鍵詞采用對數似然率算法進行聚類分析，最終形成了16個聚類，見圖4。其中Silhouette值(S值)是同質性的指標，越接近于1則網絡的同質性越高。Modularity(M值)為網絡的模塊度，值越大則網絡的聚類結果越好。本次聚類S值為0.599 4，M值Q為0.791 9，聚類結果較好。按每個聚類的S值由高到低排序，見表4。

2.2.3.2關鍵詞時間線圖 時間線圖譜主要側重于描述聚類之間的關系和某個聚類中關鍵詞的歷史跨度，使用軟件中時間線功能分析關鍵詞的聚類結果，見圖5。

圖2 國家和機構合作圖譜

表1 中心性及發文量最多的前5個機構

表2 中心性及發文量最多的前5個國家

2.2.4期刊及文獻共被引 運用軟件進行期刊共被引分析得到N=80,E=41的可視化圖譜(圖6)，中心性排名前5的期刊為Science、Nature、Mech Ageing Dev、Cell、J Bio Chem；共被引頻次排名前5的期刊為Nature、Science、Proc Natl Acad Sci U S A、Cell、Aging Cell。綜合分析，Nature、Science、Cell發表相關文章較多。運用軟件進行文獻共被引分析得到N=219,E=204的可視化圖譜(圖7)，共被引頻次最高的是Kenyon C于2010年在Nature上發表的文章，中心性排名最高者為Kapahi P于2004年在Curr Biol上發表的文章。

3 討 論

目前，美國、英國、德國在該領域仍占主導地位。英國倫敦大學是該領域的權威機構，哈佛大學發文量最多。中國發文量為320篇，排名第四，說明我國在衰老及秀麗隱桿線蟲領域有一定貢獻，但是與其他國家機構缺乏合作，有待進一步提高。

圖3 作者共被引圖譜

表3 被引頻次及中心性前5的作者

圖4 關鍵詞聚類圖譜

表4 各聚類主要內容

圖5 關鍵詞時間線圖譜

圖6 期刊共被引圖譜

在作者共被引圖譜中，中心性最高的Holzenberger等[7]研究證明壽命的調節過程可能以一種非細胞自主的方式進行，而神經系統可能在其中發揮核心作用。被引頻次最高的Hsin和Kenyon[8]的研究揭示了生殖狀態與壽命的聯系，其間產生的信號可能對生殖能力和壽命的共同進化產生影響。以上兩位學者發表的文獻被大量引用，他們的科研成果可為該領域的研究人員提供一定指導。

關鍵詞是對文章內容的高度概括，是對文章主體的反映[9]。聚類分析能夠根據指標間的相似程度進行類別劃分，可以對多指標的數據進行分類統計[10]。分析關鍵詞時間線圖可以明確衰老領域中

圖7 文獻共被引圖譜

秀麗隱桿線蟲研究的歷史，從而推測未來可能的研究方向。從時間軸上分析，2004—2006年是該領域發展的基礎階段，研究關鍵詞為衰老基因表達、氧化應激、飲食限制、胰島素受體等。2006—2012年是該領域發展的繁榮時期，2006年新出現關于線蟲滯育的研究，2008年出現雷帕霉素受體、Sirtuin蛋白、限制誘導長壽等研究，2010年開始研究熱量限制、干細胞、胰島素抵抗，2012年的熱點是線蟲應激反應、氧化損傷、自噬[11]等。這些研究促進了胰島素通路學說、線粒體呼吸鏈學說、自噬學說的進一步發展。2012—2018年反映了該領域近期研究現狀，主要圍繞抗氧化劑、蛋白質平衡、帕金森病模型、神經退行性疾病等方面展開探索，為未來的相關研究指明了方向。

本研究共被引頻次最高的期刊是Nature和Science。共被引頻次最多的文獻為Kenyon[12]的文章，闡述了與衰老相關的基因與通路，解釋了胰島素通路、自噬及Sirtuin蛋白家族等的作用方式。中心性排名最高的文獻為Kapahi等[13]的文章，認為壽命的延長取決于營養狀況，闡明了雷帕霉素通路和飲食限制之間可能存在聯系，奠定了該通路的研究基礎。

衰老的機制主要可歸納為以下幾種學說：①自由基氧化學說[14]，隨著年齡的增長，人體內抗氧化酶的活性下降，無法清除產生的氧化劑，可導致蛋白質、脂類和DNA的不可逆損害，最終引起衰老[15]。②線粒體衰老學說[16]，人線粒體DNA呈環狀，沒有組蛋白和內含子，極易受到氧化劑的損傷發生突變[17]，而線粒體的功能穩定是維持細胞內穩態的必要條件，目前線粒體DNA受損被描述為人類病理學和衰老的標志。③端粒衰老學說[18]，端粒存在于真核細胞線狀染色體末端，與端粒結合蛋白一起保證染色體的完整性和控制細胞分裂周期，其縮短程度被認為是人類和小鼠衰老最主要的機制之一[19]。④熱量限制學說[20]，熱量限制指在保證生物體不發生營養不良的情況下，限制每日攝取的總熱量，對細胞氧化損傷具有非常廣泛的保護作用，同時可增強抗氧化防御機制的作用，可以在衰老過程中保持氧化還原平衡[21]。⑤自噬學說[22]，線粒體DNA功能的年齡相關變化可能是巨噬細胞在識別、處理嚴重損傷的線粒體時功能障礙的結果。因此，藥物刺激自噬可能抑制年齡相關的變化[23]。與這些學說相關的分子機制主要有胰島素/胰島素樣生長因子1信號轉導通路、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白通路、Sirtuin蛋白家族、促分裂原活化的蛋白激酶通路等。與可視化圖譜相結合分析，該領域的主要研究方向為抗氧化劑、神經遞質、自噬及熱量限制等對壽命的影響，主要的研究熱點有壽命控制、健康老齡化、抗氧化應激性、線粒體功能及自噬、神經退化、活性氧類、飲食控制、氧化還原調節等。

綜上所述，通過對衰老研究領域中應用秀麗隱桿線蟲的文獻進行計量分析和可視化圖譜的制作，為今后的科研方向提供了新的思路，對以秀麗隱桿線蟲作為模式動物探究衰老機制的研究起到指導和推動作用。