基于文獻計量學的環境內分泌干擾物研究熱點分析

喬 宇，閆振飛，馮承蓮，王錦東，白英臣，吳豐昌

中國環境科學研究院，環境基準與風險評估國家重點實驗室，北京 100012

隨著現代工業與制造業的迅速發展，有毒有害化學品層出不窮，新污染物已成為危害居民身體健康和生態環境安全的重要因素.新污染物是指目前不受監管但具有環境健康風險的一類物質[1-2].近年來，新污染物在水體、大氣、土壤等環境介質中的暴露均有相關報道[3-8].隨著環境監測技術的不斷創新與完善，人們對化學物質危害環境和健康的認識也不斷深化，越來越多的新污染物受到關注.“十四五”規劃中，黨中央明確提出要重視新污染物的治理和防范.最受關注的新污染物有環境內分泌干擾物(endocrine disrupting chemicals,EDCs)、持久性有機污染物(persistent organic pollutants,POPs)、微塑料、抗生素等四大類，其中EDCs 具有潛在危害大、來源范圍廣、毒性效應強等特點，是社會關注的熱點[9-12].EDCs 在低濃度水平下就能產生內分泌干擾效應，對生態和健康產生不良影響[13-15]，如影響甲狀腺的正常功能，影響神經、免疫、生殖系統，以及多代及跨代遺傳等[16-20].目前，國內多數研究主要集中在EDCs 的環境分布和毒理效應機制層面，對高風險的EDCs 尚且缺乏健全的管防機制[21-27].

目前，關于EDCs 的研究主要涉及EDCs 的監測[28]、源和匯、毒性機制與效應[29]等方面.借助文獻數據可視化軟件CiteSpace，研究梳理國內外關于EDCs 研究的文獻[30-31]，對EDCs 文獻的作者、期刊、主題、關鍵詞、引用文獻等進行分析[32-33]，統計歷年發文量、高被引文獻，核心關鍵詞等[34]，以可視化圖譜的方式呈現EDCs 的發展脈絡與研究態勢，探究EDCs 的研究方向與前沿熱點，歸納EDCs 研究的相關領域和國內外差異，以期為EDCs 的深入研究和環境管理提供借鑒與參考.

1 材料與方法

1.1 研究方法

文獻計量學使用統計的方法對科學論文進行定量分析，能夠描述該領域的研究狀況和新興趨勢，探索未來的研究熱點和方向[35].CiteSpace 用于分析文獻中的潛在信息，是基于科學計量學、數據和信息可視化技術下的引文可視化分析軟件[30].該軟件不僅能進行文獻的共引分析和挖掘聚類信息，還可以分析作者、機構、國家/地區的合作等信息.

1.2 數據來源

選擇分別在國內、國外收錄文獻較全并具有代表性的中國知網(China National Knowledge Infrastructure,CNKI)與Web of Science (WoS)數據庫，檢索EDCs相關研究文章[36].國內文獻數據源于CNKI，高級檢索主題為“內分泌干擾物”或“環境內分泌干擾物”，關鍵詞為“內分泌干擾物”或“環境內分泌干擾物”，共檢索到1 952 條結果，包括1 167 篇學術論文、530 篇學術論文、178 條會議記錄、57 個專利成果、20 篇報道.國外文獻數據收集于WoS，主題為“endocrine disrupting chemicals”或“ endocrine disrupting chemical”，文獻類型為“article”，語種為“English”，時間跨度為“所有年份(1900?2021 年)”，共檢索到11 646 條結果，包括9 442 篇學術論文、1 656 篇評論、171 篇會議記錄、161 篇編輯稿件、158 篇會議摘要、28 封書信、13 篇修正稿、9 篇新聞稿、3 本專著、3 篇翻版、1 篇傳記、1 篇撤回稿.所有檢索數據截止日期為2021 年6 月25 日.除在歷史發文量分析中使用全部檢索數據外，為確保EDCs 領域文章的質量與可視化分析的準確性，在其他分析中使用經過篩選去重后的數據，其中，CNKI 的數據來源于北大核心、CSSCI、CSCD、EI期刊共639 篇學術論文，WoS 數據經過去重篩選后共9 442 篇學術論文.

CiteSpace 軟件主要參數設置：CNKI 時段為1999?2021 年，WoS 時段為1994?2021 年，時間切片 均為1 年；pruning 選 擇pathfinder、pruningsliced networks、pruning the merged network；selection criteria 選擇“g-index，k=25”；聚類圖質量檢驗指標包括“S值”和“Q值”(Q值>0.3，聚類可靠；S值>0.5，聚類合理；S值≥0.7，聚類完全可信)，該研究聚類圖的S值均大于0.85，Q值均大于0.7，說明分析結果合理可信.

2 結果與分析

2.1 歷年發文量分析

統計分析CNKI 與WoS 中EDCs 領域每年發表文章的數量，得到EDCs 領域歷年發文量(見圖1).由圖1 可見，國際上對EDCs 的研究已有近30 年的歷史，研究熱度不斷提高，目前每年有近千篇相關文章發表，正處于研究高熱階段.其中，WoS 數據庫中關于EDCs 領域的文章出版起始于1992 年，大致經歷了起步(1992?1995 年)、緩慢增加(1996?2000年)、迅速增加(2001?2011 年)、飛速增加(2012 年至今) 4 個階段.2001 年、2004 年、2016 年增幅分別為61.9%、30.4%、22.1%，為21 世紀以來出版物數量增加最多的3 年.1996 年是我國出版EDCs 文章的起始年，進入21 世紀后發文量每年以10 篇左右的數量穩定增長，在2011?2014 年達到發文量高峰，但近些年發文量有所下降.

圖1 CNKI 與WoS 中1991?2020 年EDCs 領域歷年發文量Fig.1 Number of articles published in the field of EDCs in CNKI and WoS over the years from 1991 to 2020

2.2 基于CNKI 數據庫的結果分析

2.2.1 EDCs 領域發文機構分析

選擇CNKI 中的核心期刊，篩選出639 篇文章進行發文機構分析.由表1 可見，發文量前5 位的機構分別是同濟大學、北京師范大學、中國科學院生態環境研究中心、哈爾濱工業大學和中國海洋大學，其中，同濟大學的污染控制資源化研究重點實驗室以及北京師范大學的水環境模擬國家重點實驗室發文數量分別為32 和31 篇，分別占其所屬機構發文量的88.89%和93.94%.

表1 CNKI 中EDCs 研究領域發文量前5 所機構的發文情況Table 1 The top 5 institutions in the field of EDCs research in CNKI in terms of number of publications

2.2.2 關鍵詞分析

對EDCs 研究中的關鍵詞進行共現聚類分析(見圖2)，并列出頻次排名前10 位的關鍵詞(見表2).

表2 CNKI 中EDCs 領域出現次數前10 位的關鍵詞Table 2 Top 10 keywords with the most occurrences in EDCs field in CNKI

由圖2 可見，聚類分析共產生601 個節點、1 229條連線，劃分為18 個類群.雙酚A、壬基酚、類固醇雌激素、大豆異黃酮、氰戊菊酯等為EDCs 領域研究較多的物質.農藥的使用和城市廢水的排放為環境中EDCs 來源的主要途徑.固相萃取、氯化、分子對接、吸附等是EDCs 的物理化學行為，生殖、免疫系統以及機體內分泌損傷是EDCs 的毒性效應.綜上，國內早期研究重點集中在雙酚A、壬基酚、鄰苯二甲酸酯等EDCs 在環境中的濃度及檢測方法，隨著時間推移，研究不斷深化，逐漸擴展到對EDCs 毒性效應機制的研究.

圖2 CNKI 中EDCs 領域文章關鍵詞的共現圖譜Fig.2 Keyword co-occurrence mapping in filed of EDCs in CNKI

2.3 基于WoS 數據庫的結果分析

2.3.1 關鍵詞分析

對WoS 數據源中關鍵詞進行可視化分析，共得到987 個節點、6 047 條連線.對EDCs 領域出現次數前20 位的關鍵詞進行統計(見表3)，對所有關鍵詞進行了共現圖譜分析(見圖3)、聚類統計(見表4)以及突發性探測(見圖4).

圖4 WoS 中EDCs 領域突現強度前20 位關鍵詞的時間圖譜Fig.4 Temporal mapping of the top 20 prominence intensity keywords in the field of EDCs in WoS

由表3 可見，國外EDCs 領域研究熱點與國內相似，WoS 中EDCs 領域研究較多的EDCs 包括雙酚A、壬基酚、多氯聯苯等.暴露、降解、去除等關鍵詞與EDCs 在環境中的檢測和評估密切相關.化學品、藥物、廢水是EDCs 進入環境的主要載體.通過體外、魚類、雌激素等關鍵詞結合文獻閱讀，可以判斷國外對EDCs 的毒性試驗研究較國內多，主要模式是以魚類為受試生物，通過暴露試驗研究EDCs 對內分泌、基因表達的毒性效應和機制.由圖3 可見，WoS 中EDCs 領域早期研究以雙酚A、壬基酚等EDCs 為主，重點關注EDCs 的來源與暴露途徑及其在地表水、廢水等環境介質中的檢測.近10 年來，對EDCs 的毒性效應機制及其在環境中如何去除、降解的研究增長較快.對關鍵詞進行突發性探測，中心出現粉色環的節點為突發性較強的節點，表明其研究曾在短時間內出現爆發式增長.如Newbold 等[37]關于雌鼠暴露于己烯雌酚導致其后代機體發育障礙的研究，暴露于持久性有機污染物導致肥胖和代謝綜合征等疾病[38-39]以及雙酚A 類似物的研究[10,40]都是EDCs 領域具有創新性的研究.

圖3 WoS 中EDCs 領域關鍵詞共現圖譜Fig.3 Keyword co-occurrence mapping in filed of EDCs in WoS

表3 WoS 中EDCs 領域出現次數前20 位的關鍵詞Table 3 Top 20 keywords with the most occurrences in EDCs field in WoS

對WoS 中EDCs 領域的987 個關鍵詞進行聚類分析，共得到26 個聚類群.每個聚類群的標簽及聚類群中最重要的3 個關鍵詞等信息如表4 所示.由表4可見：“#0 殺蟲劑”聚類群主要包括風險評估、DDT和激素等關鍵詞，對該聚類群的研究主要通過分析DDT 等殺蟲劑對生物體激素的影響進行EDCs 的風險評估；“#21 鼠”聚類群主要以鼠為模式動物進行暴露試驗，主要研究EDCs 對鼠細胞發育、DNA 表達、內分泌腺干擾的毒性效應機制等.總體上，可觀察到WoS 中EDCs 領域主要關注的EDCs 有雙酚A、壬基酚、類固醇、多溴二苯醚等，主要研究的毒性效應包括肥胖、脂肪合成、基因表達、表觀遺傳等，較為關注EDCs 吸收、吸附、固相萃取、生物降解等環境行為以及產前接觸等暴露途徑.

表4 WoS 中EDCs 領域關鍵詞的聚類信息Table 4 Some important clustering information of keywords in EDCs domain in WoS

由圖4 可見，WoS 中EDCs 領域的早期研究重點關注鼠、雌激素、化學品等主題的研究，近年來氧化應激、雙酚類似物、苯甲酸酯類等主題具有較高的研究熱度.在1994?2021 年的研究中，雌激素、外源性雌激素、卵黃蛋白原、虹鱒魚等主題突現時間長達12 年，為EDCs 研究中活躍時間較長的主題.此外，化學品和污水處理廠的突現強度分別為30.44 和37.05，這2 個領域的研究對EDCs 的研究發展具有重大意義.研究發現，河流中的EDCs 會導致脊椎動物出現生殖發育障礙[41]，并提出檢測污水處理廠中EDCs 的新思路[42-43]，均為EDCs 領域的研究提供了新的方向，是EDCs 領域具有代表性的研究.

2.3.2 文章引用文獻分析

聚類分析WoS 中EDCs 相關文章的引用文獻，得到122 個引用文獻的聚類群，前9 個較為重要的聚類群信息如表5 所示[44].各聚類群高被引文章的發表時間、DOI 信息如表6 所示.

表5 WoS 中EDCs 領域相關文章引用文獻的聚類信息Table 5 Some clustering information of cited articles related to the field of EDCs in WoS

表6 WoS 中EDCs 領域各集群中高被引文章相關信息Table 6 Related information of highly cited articles in each cluster of important literatures in EDCs cited literature cluster in WoS

結合文獻閱讀，國際上近30 年關于EDCs 的研究大致可分為3 個階段：早期探索階段(1991?2000 年)，EDCs 的相關報道開始出現，越來越多聚焦于EDCs在生物體內積累，干擾生物正常發育，并通過動物暴露試驗探索EDCs 的毒性效應等；深入研究階段(2001?2011 年)，注重研究環境中EDCs 的檢出方法與暴露途徑，闡明了多種重要的EDCs (如雙酚A、多氯聯苯、鄰苯二甲酸酯等)的毒性效應，特別關注EDCs 對肥胖、生殖系統以及甲狀腺功能的危害，并提供了部分EDCs 的環境濃度標準等；擴展研究階段(2012?2021 年)，對EDCs 引起的內分泌干擾效應的毒性機制研究深入到分子結構、代謝動力學等層面，并融合了組學、計算毒理學等新學科.

2.3.3 文獻來源國家、機構分析

統計檢索WoS 數據庫中國家及機構的發文情況，并列出發文量前10 位的國家、機構(見表7).由表7可見，美國與中國EDCs 發文量遠超其他國家.美國中心度達0.23，與其他國家的合作更密切.機構發文量方面，中國科學院發文量最多，其次為美國環境保護局.發文量前10 位的機構中中國和美國均有4 所機構位列其中，另外2 所是西班牙的格拉納達大學與韓國的漢陽大學.

表7 WoS 中EDCs 領域發文數量排名前10 位的國家和機構Table 7 Top 10 countries and institutions in WoS in terms of number of publications in the field of EDCs

2.3.4 文獻來源期刊及學科領域分析

統計WoS 中EDCs 領域文章的引用文獻來源期刊與學科領域的發文情況，并列出共被引次數排名前10 位的重要期刊和主要學科領域(見表8).在所有檢測到的81 647 篇引用文獻中，有6 214 篇文獻來自Environmental Health Perspectives期刊.目前Endocrinology是被引文獻量前10 位期刊中影響因子最高的期刊.一篇關于EDCs 研究的相關文章可能涉及多個學科領域，數據顯示EDCs 相關文章共涉及196 個學科領域，其中“環境科學與生態學”“環境科學”“毒理學”為出現次數最多的三大學科領域.“環境科學”“環境工程”是近年來出現次數增長最多的學科.

表8 WoS 中EDCs 領域共被引次數排名前10 位的發文期刊和學科領域Table 8 Top 10 publishing journals and subject areas in the field of EDCs co-cited in WoS

3 討論

EDCs 能干擾生物體正常的生長、發育、繁殖和新陳代謝等重要生命過程.通過對EDCs 的文獻計量分析發現，在過往研究中雙酚A、壬基酚等EDCs 備受關注，不僅因其產量大、毒性強、環境背景值較高，更重要的是這類EDCs 在工業生產中發揮著重要作用，另外人類等生物暴露于這些EDCs 的途徑簡單多樣.雖然很多國家已經嚴格管控雙酚A 的生產和使用，但很快出現了雙酚F、雙酚S、雙酚AF 等雙酚類似物作為雙酚A 的替代品被用于工業生產中，由于結構功能的相似性，導致雙酚類物質間具有相似的毒性效應.類似的物質還有溴代阻燃劑、有機磷阻燃劑等.

EDCs 領域對生物富集、基因表達、脂肪合成等生命活動的研究較多，EDCs 進入生物體后會干擾激素的合成、轉運、代謝以及與激素受體的結合，在生物體內積累并隨食物鏈傳播，長期暴露于EDCs 會增加生殖障礙、認知缺陷、代謝失調以及各種癌癥的風險；另外，EDCs 不僅危害親代，其毒性還具有跨代、隔代遺傳等特點，加強對EDCs 的研究與管控，對未來發展至關重要.

在EDCs 文章發表方面，發文量前10 位的國家中有9 個國家屬于世界十大經濟體，有7 個國家屬于世界十大工業化強國，前10 位發文期刊與涉及的學科領域中以環境領域的期刊與學科為主.EDCs 在方便生產生活的同時，也給環境生態帶來潛在的危害，未來研究中應更聚焦EDCs 的環境污染現狀調查、毒性機制的探索和風險評估，同時還要加強對EDCs的管控.

4 結論與啟示

a)國內外在EDCs 領域的研究脈絡大致相同，可分為早期探索階段、深入研究階段和擴展研究階段.研究趨勢可歸納為從初始報道和檢測環境中的EDCs，逐步發展到EDCs 毒性效應及機制研究，再到結合計算毒理和高通量分析等新興學科以深入研究EDCs 的毒性模式，并對部分優先管控污染物進行風險評估.在研究貢獻上，我國在國際發文量上位居第2 位，4 所機構位列國際發文量前10 位.關注EDCs研究的國家除我國外，其他多為歐美地區的發達國家.期刊、學科領域以環境和毒理類為主.

b)未來應重點關注EDCs 之間的協同或拮抗作用，以及EDCs 與其他物質復合污染的毒性效應機制，從單一EDCs 引起單一疾病的研究轉向EDCs 對生物整體健康危害的研究；同時，應加強對環境中EDCs 實際濃度與暴露途徑的調查，減少易感與發育敏感時期的人群與EDCs 的接觸，利用物理化學、生物轉化等途徑降低環境中EDCs 的濃度，制定完善的環境基準文件，從而對環境中的EDCs 進行有效管控.