糖尿病視網(wǎng)膜病變基因相關(guān)研究熱點的文獻計量學(xué)分析

趙芳坤，張勁松，施蓓，宋雨凌，許軍

（中國醫(yī)科大學(xué) 1. 附屬第四醫(yī)院眼科，眼科醫(yī)院，遼寧省晶狀體學(xué)重點實驗室，沈陽 110005； 2. 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院機能學(xué)科實驗中心，沈陽 110122；3. 附屬第四醫(yī)院內(nèi)分泌科，沈陽 110032）

糖尿病視網(wǎng)膜病變 （diabetic retinopathy，DR） 是糖尿病最常見的嚴重微血管并發(fā)癥之一，在糖尿病患者中的發(fā)生率可達22%～37%，是工作年齡人群視力喪失的主要原因［1-2］。臨床上根據(jù)其嚴重程度可將DR分為非增殖型 （non-proliferative diabetic retin-opathy，NPDR） 和增殖型糖尿病視網(wǎng)膜病變 （proliferative diabetic retinopathy，PDR） 。由于缺氧及靜脈出血造成的微動脈瘤、血管滲漏、硬性滲出、視網(wǎng)膜內(nèi)微血管異常、棉絮斑為NPDR的特征；缺血導(dǎo)致的視網(wǎng)膜新生血管為PDR的特征［3］。DR的發(fā)生及嚴重程度并不能用血糖控制程度及糖尿病病程完全解釋。有些糖尿病患者血糖控制較好、病程較短，依然發(fā)生了DR；而有些患者則相反，血糖控制不佳、病程較長，卻無DR發(fā)生。因此，DR相關(guān)基因的差異有可能成為DR發(fā)生及發(fā)展的重要危險因素。以往很多DR相關(guān)的研究忽視了疾病人群本身的個體差異，最終導(dǎo)致DR的療效受到影響。二代測序使研究人員能夠從基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組及代謝組學(xué)角度更好地了解DR這一疾病。DR的病理生理學(xué)通路可以概括為血管通透性增加，凝血功能異常，內(nèi)皮細胞異常，組織缺血，新生血管形成等［4］。DR相關(guān)基因所處的通路可以概括為糖代謝相關(guān)，炎癥相關(guān)，新生血管及血管通透性相關(guān)，胰島素信號通路相關(guān)等［5］。

文獻計量學(xué)是運用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)方法對已經(jīng)發(fā)表的文獻進行定量分析和描述，從而評價研究現(xiàn)狀、預(yù)測發(fā)展趨勢的方法［6］，因此有助于研究人員掌握某一科研領(lǐng)域的變化趨勢。較為常用的方法包括共引文分析及共詞分析等［7］。由于DR基因相關(guān)研究文獻眾多，為了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、最新熱點問題及變化趨勢，本研究利用PubMed數(shù)據(jù)庫，從文獻計量學(xué)角度對近年來國際上發(fā)表的DR基因相關(guān)文獻的外部特征及內(nèi)部特征進行可視化分析與總結(jié)，以期從整體上把握DR基因的研究熱點及前沿領(lǐng)域，旨在為進一步的科研工作提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 資料來源

以生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫PubMed為數(shù)據(jù)源，檢索式為“Diabetic Retinopathy”［MeSH］ AND “Genes”［MeSH］，時間限定為2010年1月1日至2017年12月31日，統(tǒng)計相關(guān)文獻數(shù)量、期刊分布及主題詞和副主題詞出現(xiàn)頻次。

1.2 建立共詞矩陣及聚類分析

應(yīng)用中國醫(yī)科大學(xué)崔雷教授開發(fā)的書目共現(xiàn)分析系統(tǒng) （bibliographic item co-occurrence mining system，BICOMS） 統(tǒng)計主要主題詞及副主題詞出現(xiàn)頻次，按頻次高低排序，根據(jù)累計頻次的變化選定截取的閾值［8］。采用SPSS 20.0軟件對高頻主題詞進行聚類分析，變量之間距離的計算采用平方歐氏距離法，并繪制共詞聚類樹圖。

1.3 繪制戰(zhàn)略坐標圖

由高頻主/副主題詞組成的共現(xiàn)矩陣來計算類內(nèi)鏈接平均數(shù)和類間鏈接平均數(shù)，并分別計算各個主題類別的向心度和密度。各類別的密度表示該類別內(nèi)的內(nèi)部完整性強度，各類別的向心度通過類別的主要項與其他類別之間的鏈接強度計算而得。各主體類別密度=各類內(nèi)鏈接平均數(shù)－類內(nèi)鏈接平均數(shù)的總平均值；向心度=各類間鏈接平均數(shù)－類間鏈接平均數(shù)的總平均值；以向心度為X軸，密度為Y軸，繪制各個研究類團在戰(zhàn)略坐標圖中所處的象限，并分析其意義。

2 結(jié)果

2.1 DR基因相關(guān)研究文獻分布特征

對2010至2017年刊載DR基因主題文獻的期刊分布進行統(tǒng)計分析，已發(fā)表的1 193篇文獻分布于322種期刊中，發(fā)表文獻數(shù)量總體呈逐年上升趨勢。發(fā)文量排在前3位的期刊依次為Investigative Ophthalmology & Visual Science （IOVS） ，占總發(fā)文量的8.56%；PLoS One，占總發(fā)文量的6.15%；Molecular Vision，占總發(fā)文量的4.06%。各年代文獻量分布見圖1，發(fā)文量最多的前10位雜志見表1。

圖1 2010年至2017年DR基因相關(guān)論文隨年份變化情況Fig.1 Number of publications on DR-related genes from 2010 to 2017

2.2 高頻主題詞及副主題詞詞頻分析

表1 2010年至2017年P(guān)ubMed數(shù)據(jù)庫中DR基因相關(guān)文章發(fā)文量前10位雜志Tab.1 Distribution of publications on DR-related genes in the PubMed database from 2010 to 2017

在納入的文獻中，出現(xiàn)頻次＞10次的主/副主題詞共有44個，占總頻次的35.12%，這些詞體現(xiàn)了本領(lǐng)域的研究熱點與重點，見表2。其中排名前3位的主/副主題詞分別為diabetic retinopathy/genetics （207次） ，polymorphism，single nucleotide/genetics （143次） ，diabetes mellitus，type2/genetics （83次） ，說明DR相關(guān)基因單核苷酸多態(tài)性的遺傳學(xué)研究為科研熱點。

2.3 高頻主題詞及副主題詞的聚類分析

通過對表2中的44個高頻主題詞進行聚類分析，總結(jié)出近7年來DR基因相關(guān)研究的5大主題類團。第一類：DR相關(guān)基因單核苷酸多態(tài)性的遺傳學(xué)研究；亞洲大陸世系人群的疾病遺傳易感性研究；DR相關(guān)microRNA遺傳學(xué)和代謝研究；血管內(nèi)皮生長因子A （vascular endothelial growth factor A，VEGFA） 遺傳學(xué)和血管生成抑制劑的治療應(yīng)用研究等（由1、2、3、10、26、9、8、25、43、37、34、23、19、22、38號主題詞組成） 。第二類：DR相關(guān)視網(wǎng)膜新生血管病理學(xué)和遺傳學(xué)研究 （由39、41、33、20號主題詞組成） 。第三類：依賴病毒 （腺相關(guān)病毒） 介導(dǎo)的基因治療方法；信使RNA有關(guān)的基因表達調(diào)控的實驗性研究；氧化應(yīng)激所致視網(wǎng)膜色素上皮細胞病變的研究 （由27、32、6、15、16、24、44、40號主題詞組成） 。第四類：DR的藥物治療；血管內(nèi)皮生長因子相關(guān)藥物對視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細胞的作用 （由7、21、14、18、35、31、42號主題詞組成） 。第五類：高糖血癥致DR視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細胞凋亡的代謝學(xué)研究 （由29、30、28、4、11、5、12、36、17、13號主題詞組成） 。見圖2。

表2 2010年至2017年P(guān)ubMed數(shù)據(jù)庫中DR基因相關(guān)文獻高頻主題詞及副主題詞Tab.2 High-frequency MeSH terms from the analyzed papers on DR-related genes from 2010 to 2017

圖2 2010年至2017年DR基因相關(guān)研究高頻主題詞的共詞聚類分析結(jié)果Fig.2 Dendrogram of 44 high-frequency MeSH terms from 2010 to 2017

2.4 高頻主題詞及副主題詞的戰(zhàn)略坐標分析

為進一步了解各類團在整個研究中的地位，預(yù)測未來研究趨勢，根據(jù)聚類分析結(jié)果，分別計算各類團的向心度和密度，以向心度為橫軸，密度為縱軸，繪制各個研究聚類的戰(zhàn)略坐標圖。第一象限表示主題內(nèi)外部關(guān)聯(lián)好，處于研究核心位置，且研究較為成熟；第二象限表示主題內(nèi)研究較為成熟，但處于邊緣位置；第三象限表示主題內(nèi)外部關(guān)聯(lián)均較差；第四象限表示外部關(guān)聯(lián)好，主題內(nèi)研究較差。如圖3所示，DR相關(guān)基因單核苷酸多態(tài)性的遺傳學(xué)研究 （類團1） 落在第一象限；類團5落在第一、四象限交界處。第三象限主要為類團2、4；第四象限為類團3。

3 討論

3.1 DR基因相關(guān)文獻分布規(guī)律探討

美國國立醫(yī)學(xué)圖書館編撰的Medline醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫是目前國際上最權(quán)威的醫(yī)學(xué)文獻檢索數(shù)據(jù)庫，具有覆蓋面廣、報道迅速、使用方便的特點。本研究采取的樣本來源于該數(shù)據(jù)庫，基于PubMed進行文獻計量學(xué)分析，描述了近7年DR基因相關(guān)領(lǐng)域發(fā)表文獻的數(shù)量及期刊分布，并選用主要主題詞/副主題詞作為研究對象進行了分析。本研究結(jié)果表明，近7年DR基因相關(guān)研究每年的發(fā)文量差別不大，可能是該領(lǐng)域新的突破點不多，從而使研究出現(xiàn)了瓶頸。

3.2 DR基因相關(guān)研究的主題結(jié)構(gòu)及熱點

圖3 2010年至2017年P(guān)ubMed數(shù)據(jù)庫中DR基因相關(guān)文獻各聚類類團戰(zhàn)略分布圖Fig.3 Strategic diagram for DR-related genes from 2010 to 2017

主題詞是對文獻內(nèi)容最準確、最簡潔的提示，在很大程度上反映了論文的主要研究內(nèi)容。如果某一主題詞在其所在的研究領(lǐng)域出現(xiàn)的頻率高，則說明該主題詞可以反映出此類研究的熱點。共聚類分析通過數(shù)學(xué)算法將關(guān)系密切的主題詞聚集成類團，1個類團代表1類研究熱點［9］。利用高頻主題詞的共詞矩陣，可以用“戰(zhàn)略坐標”來進一步分析DR基因相關(guān)各熱點研究的發(fā)展階段。在戰(zhàn)略坐標中，X軸為向心度，表示領(lǐng)域間相互影響的強度，Y軸為密度，表示某一領(lǐng)域內(nèi)部聯(lián)系強度［10］。向心度反映的是一個學(xué)科領(lǐng)域和其他學(xué)科領(lǐng)域相互影響的程度，聯(lián)系的數(shù)目和強度越大，說明該領(lǐng)域在整個研究工作中越趨于中心地位；密度反映的是該主題的內(nèi)部強度，密度越高說明各主題詞之間的聯(lián)系越緊密，研究趨勢越成熟［11］。

本研究發(fā)現(xiàn)，DR基因單核苷酸多態(tài)性遺傳學(xué)研究 （類團1） 落在第一象限。這是因為DR是一種多基因作用的疾病，基因存在多態(tài)性現(xiàn)象，而遺傳異質(zhì)性及種族差異性也與DR的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。同種基因啟動區(qū)、翻譯區(qū)等不同部位的插入、缺失及突變引起基因空間結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致其所編碼的轉(zhuǎn)錄、翻譯產(chǎn)物發(fā)生變化，最終引起機體內(nèi)的一系列異常病理變化。如果能夠準確把握基因在DR發(fā)生發(fā)展過程中的作用機制，即可為DR的基因診斷和治療提供依據(jù)。因此，DR相關(guān)基因多態(tài)性的研究受到了關(guān)注，促使類團1密度和向心度均很高，內(nèi)外部關(guān)聯(lián)均好。

高糖血癥導(dǎo)致視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細胞凋亡的代謝性研究 （類團5） 位于第一、四象限交界，向心度較高。長期慢性高血糖引起血管內(nèi)皮損傷，血管壁周細胞減少，動脈血管瘤形成和血-視網(wǎng)膜屏障破壞，血液成分滲透到組織間隙，形成視網(wǎng)膜出血和硬性滲出，血管基底膜增厚，從而導(dǎo)致視網(wǎng)膜缺血性改變。該類團位置說明其與其他類團的聯(lián)系緊密，提示通過加強該主題的研究可以在一定程度上帶動其余各個主題的發(fā)展。

DR藥物治療相關(guān)基因研究 （類團4） 以及視網(wǎng)膜新生血管相關(guān)病理學(xué)、動物模型及遺傳學(xué)研究（類團2） 位于第三象限，說明這2個主題類團在整個學(xué)科中處于邊緣不成熟的位置，在這一方面的研究有望成為未來的發(fā)展方向。

依賴病毒介導(dǎo)的基因治療方法、氧化應(yīng)激所致的視網(wǎng)膜色素上皮細胞病變 （類團3） 位于第四象限，其自身內(nèi)在研究較差，說明需要加強其自身研究，豐富主題內(nèi)容。在高糖環(huán)境中，氧化應(yīng)激反應(yīng)可誘導(dǎo)視網(wǎng)膜產(chǎn)生活性氧類物質(zhì)，造成膜蛋白及脂質(zhì)過氧化，內(nèi)皮細胞緊密連接受損，通透性增加，大分子物質(zhì)通過視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細胞沉積在基底膜，從而參與DR的發(fā)生發(fā)展。應(yīng)用于DR的基因治療載體需要具備以下特征：一是能高效地將外源基因?qū)胍暰W(wǎng)膜神經(jīng)細胞及視網(wǎng)膜色素上皮細胞；二是能夠使其在視網(wǎng)膜細胞中穩(wěn)定表達?；蛑委熭d體可分為非病毒載體和病毒載體兩大類。病毒載體有腺病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒、單純皰疹病毒、腺相關(guān)病毒（adeno-associated virus，AAV） 等。目前，研究［12］表明AAV載體可以靶向感染視網(wǎng)膜光感受器和色素上皮細胞，并以一種穩(wěn)定有效的方式介導(dǎo)外源基因表達，因此對DR的基因治療具有顯著優(yōu)越性和潛力。

3.3 本研究的局限性

本研究存在一定局限性。首先，不同類型雜志對文獻的收錄標準不同，可能會造成雜志收錄DR基因相關(guān)文獻量的差異；其次，PubMed數(shù)據(jù)庫收錄范圍及主題詞標引有其局限性，以主題詞作為檢索可能會遺漏一些文獻；第三，本研究選取了高頻主要主題詞及副主題詞進行處理，不能排除其他低頻主題詞成為未來研究方向的可能性。

綜上所述，本研究首次采用了文獻計量學(xué)方法，從多角度分析了近8年來國際上關(guān)于DR基因相關(guān)研究的熱點、現(xiàn)狀及趨勢，為未來開展DR基因相關(guān)研究提供了參考信息。