基于CiteSpace的腸道菌群知識圖譜可視化分析

施可星,紀雨琳,張 霞

(南京中醫藥大學 人工智能與信息技術學院,江蘇 南京 210023)

0 引言

腸道菌群是寄存在人體腸道內的、與宿主共生的、多樣的微生物生態系統,在多種生理調節中起作用,且與宿主的健康狀況密切相關[1]。保持腸道菌群的數量和比例相對恒定對維持人體內外環境的穩定具有重要作用。科學研究表明,腸道菌群與人體健康密不可分。正常的腸道菌群能維持機體能量代謝的平衡,腸道菌群失調與諸多臟器病變密切相關,可涉及消化性疾病、代謝性疾病、心血管疾病等多種疾病[2]。本文應用CiteSpace 軟件將1990—2021年的“腸道菌群”相關文獻繪制成知識圖譜,直觀地展示該領域的研究現狀、熱點及趨勢,為科研工作者提供參考。

1 資料與方法

1.1 數據來源

本文使用中國知網(CNKI)中文數據庫,關鍵詞選擇“腸道菌群”“腸道微生物”,時間跨度選擇1990—2021年,考慮文章的質量,期刊來源選擇“SCI來源期刊”“EI來源期刊”“核心期刊”3類?！澳c道菌群”關鍵詞的文獻量為5 895篇,“腸道微生物”的文獻量為2 288篇,共收集文獻8 183篇,去除重復文章,最終納入7 109篇文獻進行分析。

1.2 研究方法

在數據準備階段,將CNKI文獻導出為Reforks形式。參數設置中,將時間跨度設定為1990—2021年;Pruning設置選擇Pathfinder、Pruning sliced networks以及Purning the merged network進行預測;其余為默認數據。eType中分別選擇Author、Institution、Keyword分別對作者、機構和關鍵詞進行逐一分析。

2 結果與分析

在知識圖譜中,圓點代表關鍵詞,圓點大小代表關鍵詞出現次數的多少,圓點之間連線的寬度代表節點(關鍵詞)之間的共現次數[3],兩個詞出現在同一篇文獻的次數越多,寬度越寬。網絡密度是用來衡量網絡中節點之間聯系程度的指標,密度越高,表明節點之間的聯系越緊密。中介中心度是衡量每個節點在網絡信息交流能力方面的重要性指標。

2.1 作者合作網絡可視化分析

通過構建研究學者共現圖譜進行網絡可視化分析。文獻作者數(節點數N)為724,連線數E為1 045,網絡密度D為0.000 4。其中,發文量按序前3學者分別為趙建新(173篇)、陳衛(127篇)、張灝(115篇),3位作者合作密切,與其他一些學者構成此領域研究的大團隊。作者共現圖如圖1所示。

圖1 作者共現圖譜

2.2 研發機構可視化分析

對文獻研究機構進行可視化分析,中文文獻機構共現如圖2所示。圖譜中503個機構(節點),277條連線,網絡密度為0.002 2,其中,“江南大學食品學院”“中國科學院大學”“湖南中醫藥大學”“華南農業大學食品學院”4所機構發文量超過200篇。

圖2 文獻機構共現圖譜

2.3 關鍵詞可視化分析

2.3.1 關鍵詞共現分析

中文文獻得出關鍵詞691個(節點數),連線845條,網絡密度為0.003 5,頻次前5的關鍵詞如表1所示。其中“腸道菌群”以7 040次為頻次最多關鍵詞,高頻詞還有“肥胖”“益生菌”等,關鍵詞中介中間度最高的是“生長性能”。

表1 頻次前5的關鍵詞

2.3.2 關鍵詞聚類分析

基于關鍵詞共現分析的結果,可以進一步對這些關鍵詞進行聚類分析。一般使用輪廓系數判斷一個聚類中關鍵詞的緊密程度,當值大于0.5時,表明聚類是合理的;而當值大于0.7時,聚類高效且令人信服。關鍵詞聚類后共獲得55個類別,選取前8個聚類關鍵詞如表2所示,下文將對部分關鍵詞聚類進行分析。

表2 聚類關鍵詞分布

(1)腸道菌群有助于治療特定疾病。聚類3體現腸道菌群與肝性腦病、肝硬化等疾病有著密切關聯。李變玲等[4]研究得到代謝產物通過腸-腦軸雙向通路在肝病發展中起著至關重要的作用,通過在微生態方面的研究證實腸道菌群與膽汁酸作用引發一系列變化,導致神經功能障礙引起肝性腦病。聚類1說明腸道菌群失衡與乳糜瀉之間存在關聯性。乳糜瀉本身是一種自身免疫性腸道疾病,研究發現,攜帶變異基因的新生兒腸道內雙歧桿菌屬明顯減少[5]。

(2)腸道菌群促進生長發育。聚類4和6體現腸道菌群在促進生長發育方面起著重要作用。在養殖凡納濱對蝦時,腸道菌群是評估其健康狀況的重要標志之一;腸道菌群在雞的消化道中各個部位都承擔著獨特的功能和作用。聚類0中顯示,研究人員利用基于16 s rDNA的DGG圖譜技術對DNA的基因序列進行克隆,但腸道菌群受宿主因素影響較大,不同地區、不同宿主體內的腸道菌群差異可能較大,宿主的生長發育情況也不同。

(3)腸道菌群可以調節健康狀態。聚類5體現腸道菌群與腹瀉、過敏等有著密切關聯[6]。腸道微生物群落失調可能導致腹瀉等健康問題,當前治療這類疾病的研究主要集中在益生菌方面,適當使用益生菌可能對宿主有益處。當外界因素干擾人體內的腸道微生物群落時,腸道菌群的種類和數量可能發生變化,這會導致機體對某些正?？乖拿庖吣褪芏冉档?從而引發過敏反應。

2.3.3 關鍵詞突現分析

關鍵詞突現分析是利用已知關鍵詞頻數間的數理關系反映不同年份期該領域的熱點話題,知道一個領域哪些關鍵技術在哪個時間段成為熱點。對納入文獻進行關鍵詞突現分析,1990—2021年間一共有53個爆發性關鍵詞,按照爆發強度從高到低排列的前6個關鍵詞突現如表3所示。在20世紀90年代,研究主要聚集在“多糖”方面,多糖具有良好的降血糖和抗糖尿病的作用。腸道菌群的研究中“肉仔雞”突現,中醫認為仔雞全身皆可入藥,乳酸桿菌有較強的分解碳水化合物的作用,能夠幫助人體促進消化。近幾年,研究多為腸道菌群對特定群體或“帕金森病”等特定疾病的治療作用。

表3 關鍵詞突現分析

3 對策和建議

腸道菌群的多樣性、穩定性是健康的重要指標,目前,人們對自身健康問題的關注度日漸增長,腸道菌群相關研究逐年火熱,但仍有一些待加強的方面。

3.1 加大作者和機構之間的合作

通過對作者發文數量以及合作關系的分析,發現已經初步形成以趙建新、陳衛等為核心的作者合作網絡。通過對研究機構的分析,發現研究機構集中在江南大學食品學院、中國科學院大學、湖南中醫藥大學和華南農業大學食品學院4所院校。江南大學食品學院發文量最多,主要針對乳酸菌進行性狀和功效的全方位研究,中國科學院大學、湖南中醫藥大學和華南農業大學食品學院緊隨其后,但4所機構之間并沒有過多合作,其他發文量較少機構之間的合作更少。腸道菌群領域的科研需加強作者團隊和研究機構的合作交流,通過項目合作,為各單位提供更多的資源和支持;幫助解決更大規模和更復雜的問題;促進交流和知識共享;帶來跨學科的視角和創新,共建合作網絡,共同推動在腸道菌群研究領域取得突破性進展。

3.2 重視腸道菌群與人體健康的關聯研究

通過對關鍵詞共現分析,發現文獻深入探究了腸道菌群的組成、結構和功能,與人體健康之間的關系。就關鍵詞頻次來看,“腸道菌群”“益生菌”“生長性能”“肥胖”“多糖”出現的文獻數較多,說明此類研究更普遍,如腸道菌群與生長性能、肥胖的關系等。通過腸道菌群與特定疾病之間的關聯研究,闡明腸道菌群治療特定疾病的發病機制,開發出更有效的疾病預防策略和治療方法,為新型藥物的開發提供新的思路,讓腸道菌群守護人類的健康。

3.3 打通高校院所、醫療衛生機構和企業的壁壘

趙建新、陳衛、張灝3位學者團隊主要研究腸道菌群和植物乳桿菌之間的相互作用,研究主要基于實驗得出理論結果,使理論證據更有保障支持臨床研究;而劉斌團隊則側重其臨床研究,注重將理論結果實踐化。通過團隊合作交流,可以推動理論到實踐的轉變。腸道菌群的研究需要打通高校院所、醫療衛生機構和企業等單位的壁壘,注重整合內外部資源,例如整合針對某種疾病的專科聯盟、醫聯體、醫療集團和第三方機構資源,打通阻礙科技成果轉化的堵點。

4 結語

借助CiteSpace可視化工具,本文通過對近30年的文獻進行知識圖譜可視化總結與分析,發現研究團隊合作微弱,機構力量分散,地域分布特征明顯;研究主題集中在菌群多樣性、重點菌種、雙歧桿菌以及與疾病關系等方面。當前,腸道菌群相關研究挑戰和機遇并存,對腸道菌群相關研究亟須高校院所、醫療衛生機構和企業等單位密切合作,暢通技術、資本、人才等要素流通渠道,實現腸道菌群領域研究的重大突破,為人類健康帶來更大的福祉。