基于SCIE收錄論文的中日基因編輯技術(shù)領(lǐng)域國際合作比較

基因編輯技術(shù)的發(fā)展始于20世紀(jì)80年代，在CRISPR技術(shù)平臺出現(xiàn)后，該技術(shù)受到了學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注，進(jìn)而發(fā)展迅猛[1]。目前，該技術(shù)不僅被應(yīng)用于基因功能的研究、基因治療，還被應(yīng)用于動物模型的構(gòu)建、動植物新品種的改造和培育等。同時，該技術(shù)能夠高效率、低成本地定點(diǎn)修改以及編輯更多物種的基因，其未來的發(fā)展將會對學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界以及國家層面的競爭力產(chǎn)生一定的影響。因此，整合利用各國優(yōu)勢資源要素，開展國際合作，探索科技前沿已成為該領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容?？紤]到國際合作論文是國際合作成果的一種重要表現(xiàn)形式[2]，中日同為人類基因組計劃的亞洲參與國，兩國各自的基因編輯國際合作研究甚少有人關(guān)注，因而本文主要以國際合作論文為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從論文發(fā)表情況、學(xué)科分布、研究熱點(diǎn)與前沿、合作網(wǎng)絡(luò)等角度，比較分析中國、日本在該領(lǐng)域的國際合作情況及兩國之間的異同點(diǎn)，為相關(guān)研究提供參考。

1 數(shù)據(jù)收集和方法

1.1 數(shù)據(jù)收集

本文所收集的數(shù)據(jù)來自美國的科學(xué)引文索引(擴(kuò)展版)數(shù)據(jù)庫(Science Citation Index Expanded，SCIE)。在SCIE中，針對基因編輯技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行主題檢索。其中所采用的關(guān)鍵詞主要圍繞gene edit(基因編輯)、meganuclease(歸巢核酸內(nèi)切酶)、zinc finger nuclease(鋅指核酸酶)、transcription activator-like effector nuclease(轉(zhuǎn)錄激活樣效應(yīng)因子核酸酶)、clustered regularly interspaced short palindromic repeats(規(guī)律間隔成簇短回文重復(fù)序列)等方面，檢索的時間跨度為2000-2018年(檢索時間為2019年1月25日)，具體檢索式為：TS=(("genome edit*" OR "gene edit*" OR "genetically edit*" OR "genetic edit*") OR (meganuclease* OR ("engineered meganuclease*") OR ("homing endonuclease*") OR ("family endonuclease*") OR ("engineered endonuclease*")) OR ("zinc finger nuclease*" OR"zinc finger endonuclease*" OR ( "Zinc Finger " AND "Protein") OR ("Zinc Finger " AND "gene") OR ("Zinc Finger" AND "peptide") ) OR ("Transcription activator-like effector nuclease*" OR ("TAL*" AND "effector nuclease*") OR ("Transcription Activator-Like Effector" AND "gene*") OR("TALEN" AND "gene*" )) OR (("Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat") OR ("Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats") OR ("CRISPR$") OR("CRISPER AND Cas9") OR("CRISPER AND Cas")))。經(jīng)過對下載數(shù)據(jù)的清洗，最終得到32 848條論文數(shù)據(jù)，8 486條國際合作論文數(shù)據(jù)。在整合論文的國家信息后，經(jīng)統(tǒng)計中國該領(lǐng)域論文5 916篇，國際合作論文1 979篇；日本該領(lǐng)域論文3 061篇，國際合作論文904篇。需要說明的是，中國的數(shù)據(jù)包含港澳臺地區(qū)。在選取國際合作論文數(shù)據(jù)時，界定標(biāo)準(zhǔn)為地址字段中至少出現(xiàn)兩個國家。

1.2 研究方法

本文以基因編輯領(lǐng)域的論文及國際合作論文為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，主要使用文獻(xiàn)計量法及Excel、CiteSpace、Pajek等軟件，重點(diǎn)分析中日兩國在該領(lǐng)域的國際合作發(fā)展態(tài)勢，以期把握兩國在該領(lǐng)域的國際合作研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及異同點(diǎn)。使用社會網(wǎng)絡(luò)分析法，分析中國、日本在該領(lǐng)域國際合作網(wǎng)絡(luò)的特征，同時輔以可視化軟件呈現(xiàn)分析結(jié)果。

2 比較和分析

2.1 論文發(fā)表情況比較

對中國、日本基因編輯技術(shù)領(lǐng)域的論文數(shù)量、國際合作論文數(shù)量以及發(fā)表年限進(jìn)行統(tǒng)計，并計算相應(yīng)發(fā)表年限的國際合作率，得到兩國國際合作歷年分布(圖1)以及兩國歷年國際合作率情況(圖2)。國際合作率是一段時間內(nèi)，各國國際合作論文數(shù)占其總論文數(shù)的百分比。該比值可表示某一時間段某一國家在國際合作方面的活躍程度，比值越高活躍程度越高[3]。

從兩國論文發(fā)表總數(shù)來看， 2000-2018年中國在該領(lǐng)域的研究論文數(shù)呈指數(shù)型增長，同期日本在該領(lǐng)域的研究論文數(shù)增速較為平緩。2010年，中國在該領(lǐng)域的研究論文數(shù)超過日本，并在隨后的幾年中兩國之間的差距越來越大。

從國際合作論文數(shù)看，2000-2018年中國在該領(lǐng)域的合作論文數(shù)呈增長態(tài)勢，2018年有545篇；同期日本在該領(lǐng)域的國際合作論文數(shù)也同步增長，但增速不及中國迅猛，2010年后兩國之間的差距逐漸變大。

圖1 2000-2018年中日兩國基因編輯技術(shù)領(lǐng)域國際合作歷年分布

圖2 2000-2018年中日兩國基因編輯技術(shù)領(lǐng)域歷年國際合作率

從國際合作率來看，2000-2018年全球在該領(lǐng)域的國際合作率有一定的起伏，波動范圍為17%～30%，但整體呈增長態(tài)勢，說明全球基因編輯技術(shù)領(lǐng)域國際合作的活躍程度在不斷提高。在此背景下，中國該領(lǐng)域的國際合作率總體上維持在24%～40%之間，且自2013年以來呈現(xiàn)明顯的增長態(tài)勢，存在與全球國際合作率變化幅度明顯不同的點(diǎn)，主要因為中國國際合作論文數(shù)與總論文數(shù)變化幅度的差值變大。同期日本在該領(lǐng)域的國際合作率也并不穩(wěn)定，總體維持在16%～35%之間，整體上處于增長的趨勢，說明中日兩國在該領(lǐng)域的國際合作活躍程度均在逐漸提高，而且兩國的國際合作率基本上都高于全球國際合作率，說明兩國在該領(lǐng)域的國際化程度較高。

對中國、日本基因編輯技術(shù)領(lǐng)域的國際合作論文數(shù)量、總被引頻次進(jìn)行統(tǒng)計，并計算兩國的篇均被引頻次、h指數(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)引文影響指數(shù)(Normalized Citation Impact，NCI)[4](表1)。其中本部分所使用的h指數(shù)表示某一國家最多有h篇國際合作論文被引用了h次，該指數(shù)在一定程度上反映某一國家的合作論文質(zhì)量；NCI為某一時間段內(nèi)某一國家的國際合作論文篇均被引次數(shù)與全球的國際合作論文篇均被引次數(shù)的比值，該比值可在一定程度上代表該國在基因編輯技術(shù)領(lǐng)域國際合作的平均研究水平。其中全球的NCI代表全球國際合作的平均研究水平。

2000-2018年，在該領(lǐng)域中，雖然中國的國際合作論文發(fā)表量約是日本的2.2倍，但其總被引頻次只是日本的1.5倍，導(dǎo)致中國的篇均被引次數(shù)小于日本，說明中國國際合作論文的平均質(zhì)量低于日本。而在h指數(shù)方面，兩國差異較小，說明兩國都有質(zhì)量較高的國際合作論文。在NCI方面，中國為0.76，低于全球國際合作的平均研究水平；日本為1.11，高于全球國際合作的平均研究水平，說明中國國際合作的平均研究水平與日本還存在一定的差距。

表1 2000-2018年中日兩國基因編輯技術(shù)領(lǐng)域國際合作論文被引頻次

2.2 學(xué)科分布比較

根據(jù)Web of Science類別字段整合統(tǒng)計中國、日本基因編輯技術(shù)領(lǐng)域的國際合作論文所屬學(xué)科信息發(fā)現(xiàn)，中國該領(lǐng)域的國際合作論文涉及100個學(xué)科，日本該領(lǐng)域的國際合作論文涵蓋71個學(xué)科，其中中國國際合作包含的100個學(xué)科的合作論文發(fā)表數(shù)總和為3 021篇，日本國際合作包含的71個學(xué)科的合作論文發(fā)表數(shù)總和為1 388篇?；趪H合作論文數(shù)的中國、日本各自排名前10的該領(lǐng)域國際合作所涉及的學(xué)科見表2。經(jīng)比較，在排名前10學(xué)科中，兩國有8個相同的學(xué)科，分別為生物化學(xué)與分子生物學(xué)，細(xì)胞生物學(xué)，多學(xué)科科學(xué)，遺傳學(xué)和遺傳性，植物學(xué)，生物工程學(xué)和應(yīng)用微生物學(xué)，腫瘤學(xué)，醫(yī)學(xué)、研究和試驗；兩國分別有2個不同的排名前10的學(xué)科，中國的是生物化學(xué)研究方法和微生物學(xué)，日本的是發(fā)育生物學(xué)和免疫學(xué)。通過兩國各自排名前10學(xué)科的所占比例可知，中、日國際合作均有2個重點(diǎn)學(xué)科，分別是生物化學(xué)與分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)，但日本這2個學(xué)科的占比均超過中國，其他6個相同學(xué)科在比例和排名方面均存在差異，并且日本排名前10的學(xué)科的占比存在較為明顯的分層。第一部分為排名前4的學(xué)科，其占比總和約50.79%；第二部分為排名5至10的學(xué)科，其占比總和約為20.39%。中國排名前4的學(xué)科與日本相同，占比總和約為43.32%，比日本低，說明中日兩國在該領(lǐng)域國際合作方面存在較高的契合度。兩國國際合作學(xué)科傾向存在的差異與各國在該領(lǐng)域的規(guī)劃布局、資源優(yōu)勢、生產(chǎn)要素等原因有較為緊密的關(guān)系，日本在其排名前4的學(xué)科方面顯示出較高的集中度。

2.3 研究熱點(diǎn)與前沿比較

文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞是研究成果核心內(nèi)容的一種重要表現(xiàn)形式[5]，對其進(jìn)行分析可以識別特定研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)以及前沿主題。高頻關(guān)鍵詞或具有重要知識連接作用的高中介中心性關(guān)鍵詞均可在一定程度上反映其研究熱點(diǎn)。通過探測突現(xiàn)強(qiáng)度高的關(guān)鍵詞(即突發(fā)詞)可識別特定領(lǐng)域的研究前沿[6]。本文分析比較了中日兩國在基因編輯技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，并識別兩國在該領(lǐng)域的研究前沿。

本文利用CiteSpace軟件，選取“Keyword”(關(guān)鍵詞)作為節(jié)點(diǎn)類型，“Top 50”(即選取每年頻次排名前50的關(guān)鍵詞)作為參考閾值，分別繪制出中日兩國的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜(圖3和圖4)。

表2 中日兩國排名前10的基因編輯技術(shù)領(lǐng)域國際合作的學(xué)科分布比較

圖3 中國基因編輯技術(shù)領(lǐng)域國際合作關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

圖4 日本基因編輯技術(shù)領(lǐng)域國際合作關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

圖3和表3顯示，2000-2018年中國該領(lǐng)域國際合作研究中，頻次與中介中心性均較高的關(guān)鍵詞分別為expression(表達(dá))、crispr/cas9(成簇規(guī)律間隔的短回文重復(fù)序列)、zinc finger protein(鋅指蛋白)、identification(識別)、activation(活性)、in vivo(體內(nèi))、mice(老鼠)、arabidopsis(擬南芥)?！颁\指蛋白“是鋅指核酸酶的重要組成部分，它來源于轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子家族。ZFN技術(shù)通過鋅指蛋白構(gòu)成的DNA識別域和Fok I構(gòu)成的切割域?qū)崿F(xiàn)定點(diǎn)修飾基因，至今已應(yīng)用于大鼠、小鼠、斑馬魚、擬南芥等物種細(xì)胞或胚胎中[7]，說明中國該領(lǐng)域國際合作的前期研究主要集中于對ZFN技術(shù)的應(yīng)用及研究。crispr/cas9是頻次第二高的關(guān)鍵詞，說明中國的研究熱點(diǎn)逐漸集中于研究crispr/cas9系統(tǒng)的應(yīng)用及原理，表3中關(guān)鍵詞cancer(癌癥)和human cell(人體細(xì)胞)說明中國在積極探索基因治療。

圖3中，2011年出現(xiàn)的關(guān)鍵詞mechanism(方法)也從一定程度上驗證了中國在該領(lǐng)域國際合作的“生物化學(xué)研究方法”學(xué)科傾向，即位列第9的生物化學(xué)研究方法。

表3 2000-2018年中國基因編輯技術(shù)領(lǐng)域國際合作高頻和高中介中心性關(guān)鍵詞

圖4和表4顯示，2000-2018年，日本該領(lǐng)域國際合作研究中頻次與中介中心性均較高的關(guān)鍵詞分別為expression(表達(dá))、zinc finger protein(鋅指蛋白)、differentiation(分化)、transcription factor(轉(zhuǎn)錄因子)、cell(細(xì)胞)、activation(活性)、mice(老鼠)、sequence(序列)、in vivo(體內(nèi))。日本該領(lǐng)域國際合作的前期研究主要集中于由轉(zhuǎn)錄因子鋅指蛋白和Fok I核酸內(nèi)切酶構(gòu)成的ZFN技術(shù)的應(yīng)用研究，并已應(yīng)用于鼠、斑馬魚以及擬南芥等物種中。關(guān)鍵詞system(系統(tǒng))以及cas9于2014年開始出現(xiàn)，且system的頻次較高，說明日本已開始探索新一代基因編輯技術(shù)crispr/cas9系統(tǒng)。圖4中所顯示的關(guān)鍵詞evolution(進(jìn)化)、embryo(胚胎)、growth(發(fā)育)以及出現(xiàn)頻次較高的關(guān)鍵詞differentiation(分化)從一定程度上驗證了日本在該領(lǐng)域國際合作的“發(fā)育生物學(xué)”學(xué)科傾向。表4中中介中心性較高的關(guān)鍵詞cancer(癌癥)和圖4中human cell(人體細(xì)胞)說明日本密切關(guān)注基因治療。

中日兩國在該領(lǐng)域國際合作的研究熱點(diǎn)呈現(xiàn)一定的相似性，前期研究熱點(diǎn)主要是對ZFN技術(shù)的應(yīng)用研究，2014年左右研究熱點(diǎn)逐漸集中于crispr/cas9系統(tǒng)的應(yīng)用研究，兩國都密切關(guān)注基因治療。兩國的研究熱點(diǎn)顯示出各自的學(xué)科傾向，如中國對生物化學(xué)研究方法的關(guān)注，日本對發(fā)育生物學(xué)的關(guān)注。

在CiteSpace中，選擇術(shù)語類型為“Burst Term”(突發(fā)詞)，再次運(yùn)行可以得到該領(lǐng)域關(guān)鍵詞的突現(xiàn)強(qiáng)度。本文選取突現(xiàn)強(qiáng)度排名前20的關(guān)鍵詞，對中日兩國在該領(lǐng)域國際合作的研究前沿分別進(jìn)行歸納并比較(表5和表6)。

表4 日本基因編輯技術(shù)領(lǐng)域國際合作高頻和高中介中心性關(guān)鍵詞

表5 中國基因編輯技術(shù)領(lǐng)域國際合作研究前沿

表6 日本基因編輯技術(shù)領(lǐng)域國際合作研究前沿

表5顯示，中國國際合作的研究前沿可歸納為3個方面：一是對比研究不同的基因編輯技術(shù)，如ZFN技術(shù)、TALEN技術(shù)和crispr/cas9系統(tǒng)，優(yōu)化相關(guān)技術(shù)；二是拓展基因編輯技術(shù)的應(yīng)用范圍，構(gòu)建動物模型以進(jìn)一步研究抗癌藥物或開展基因治療；三是深入研究不同基因編輯技術(shù)的原理，如zinc finger protein(鋅指蛋白)、domain(域)、messenger RNA(信使RNA)、double strand break(雙鏈斷裂)以及homologous recombination(同源重組)等。

由表6可知，日本國際合作的研究前沿可歸納為4個方面：一是研究不同的基因編輯技術(shù)，優(yōu)化相關(guān)技術(shù)；二是深入研究不同基因編輯技術(shù)的原理機(jī)制；三是通過基因編輯技術(shù)，研究基因表達(dá)的激活(activation)和抑制(repressor)；四是拓展基因編輯技術(shù)的應(yīng)用，如模式植物的構(gòu)建、疾病模型的構(gòu)建與基因治療。

從兩國國際合作的研究前沿來看，兩國存在較高的相似性，均緊密跟進(jìn)基因編輯技術(shù)的新進(jìn)展，同時深入研究基因編輯技術(shù)的原理與機(jī)制，拓展技術(shù)的應(yīng)用(如基因治療、模式動物或植物的構(gòu)建)。與中國相比，日本對運(yùn)用基因編輯技術(shù)研究基因表達(dá)的激活與抑制更為關(guān)注。

2.4 國際合作網(wǎng)絡(luò)比較

利用國際合作論文數(shù)據(jù)中的國家信息，通過Pajek分別構(gòu)建中日兩國的國際合作網(wǎng)絡(luò)。Pajek是自由可視化網(wǎng)絡(luò)分析軟件[8]，可高效處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，具有出色的圖形展示功能。本文主要從網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和結(jié)構(gòu)特征的角度比較分析中日兩國在該領(lǐng)域的國際合作網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模涉及節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)連線數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)密度3個指標(biāo)，結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)包含平均路徑長度和聚類系數(shù)。其中節(jié)點(diǎn)連線粗細(xì)表示任意兩個國家之間的合作頻次大小，它與網(wǎng)絡(luò)密度都可以用來衡量各國之間合作的緊密程度；平均路徑長度反映網(wǎng)絡(luò)的連通性，可表示國家間的知識交流與合作關(guān)系的緊密程度[9]；聚類系數(shù)表示網(wǎng)絡(luò)的傳遞性，可反映網(wǎng)絡(luò)中各國之間建立合作交流的可能性[10]。

中國基因編輯技術(shù)領(lǐng)域國際合作網(wǎng)絡(luò)共涉及92個國家，以92個國家為節(jié)點(diǎn)，以國家間的合作關(guān)系為節(jié)點(diǎn)連線，得到了圖5所示的中國基因編輯技術(shù)領(lǐng)域的國際合作網(wǎng)絡(luò)。在Pajek中，通過相關(guān)指令去除重復(fù)的國家合作邊，并將刪除的國家合作間的邊的值加到?jīng)]刪除的相應(yīng)邊的值上，得到1 424條節(jié)點(diǎn)連線。該網(wǎng)絡(luò)的密度為0.33，平均路徑長度為1.66，聚類系數(shù)為0.76。從圖5可以看出，中國與其他國家的國際合作存在較大的發(fā)展空間，與美國、英國、加拿大、日本、澳大利亞等國的合作較為緊密。平均路徑長度的數(shù)值表明網(wǎng)絡(luò)中任意2個國家合作最多只需經(jīng)過2個中介國家，網(wǎng)絡(luò)的連通性較高說明中國可以與網(wǎng)絡(luò)中其他國家進(jìn)行較好的知識交流，網(wǎng)絡(luò)中各國之間建立合作交流的可能性較大。

圖5 中國基因編輯技術(shù)領(lǐng)域國際合作網(wǎng)絡(luò)

日本基因編輯技術(shù)領(lǐng)域國際合作網(wǎng)絡(luò)共涉及88個國家，以88個國家為節(jié)點(diǎn)，以國家間的合作關(guān)系為節(jié)點(diǎn)連線，得到了圖6所示的日本基因編輯技術(shù)領(lǐng)域的國際合作網(wǎng)絡(luò)。通過Pajek中的相關(guān)指令去除重復(fù)的國家合作邊，得到1 435條節(jié)點(diǎn)連線。該網(wǎng)絡(luò)的密度為0.37，平均路徑長度為1.63，聚類系數(shù)為0.76。從圖6可以看出，日本與其他國家的國際合作也存在較大的發(fā)展空間，與美國、中國、英國、德國、法國等國的合作較為緊密。網(wǎng)絡(luò)連通性較高。說明日本與其他國家的知識交流較好，知識也可以得到較為廣泛的傳播，各國之間進(jìn)行知識合作與交流的可能性較大。

圖6 日本基因編輯技術(shù)領(lǐng)域國際合作網(wǎng)絡(luò)

經(jīng)比較可以發(fā)現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模方面，雖然中日兩國各自的國際合作網(wǎng)絡(luò)規(guī)模相似，與美國、英國等國之間的合作都較為緊密，但中國的網(wǎng)絡(luò)密度小于日本，說明日本與其他國家的合作更為緊密。在結(jié)構(gòu)特征方面，兩國的數(shù)值相差不大，說明兩國的國際合作網(wǎng)絡(luò)均具有較好的連通性和傳遞性，都可以與網(wǎng)絡(luò)中的其他國家進(jìn)行較好的知識交流與合作，且網(wǎng)絡(luò)中各國之間進(jìn)行合作交流的可能性較大。

3 結(jié)論

通過對2000-2018年中日兩國基因編輯技術(shù)領(lǐng)域國際合作論文的分析，可以得出以下結(jié)論。

一是中日兩國在基因編輯技術(shù)領(lǐng)域的論文及國際合作論文發(fā)表數(shù)均呈增長態(tài)勢，但兩國增速存在較大差異。中國的增速迅猛，論文及國際合作論文發(fā)表數(shù)均從落后日本的狀態(tài)進(jìn)入反超日本的狀態(tài)；而日本的增速較為平緩，與中國的差距逐漸變大。

二是中日兩國近年來在基因編輯技術(shù)領(lǐng)域的國際合作率雖均有起落，但整體上呈增長態(tài)勢，說明兩國的國際合作活躍程度在逐漸提高。

三是中日兩國均有質(zhì)量較高的國際合作論文，但中國國際合作論文的平均質(zhì)量不及日本，中國在該領(lǐng)域國際合作的研究水平也低于日本，說明中國在SCIE國際合作論文的質(zhì)量方面仍有待提高。

四是從中日兩國國際合作的學(xué)科傾向、研究熱點(diǎn)以及研究前沿可知，兩國在基因編輯技術(shù)領(lǐng)域國際合作方面存在較好的契合性，兩國可進(jìn)一步加深合作。兩國國際合作方向差異性與國家層面的規(guī)劃、資源優(yōu)勢等有一定的關(guān)系，如應(yīng)用微生物技術(shù)是中國的傳統(tǒng)優(yōu)勢[11]，而日本學(xué)者率先報道了與發(fā)育生物學(xué)密切相關(guān)的誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞[12]。

五是中日兩國各自的國際合作網(wǎng)絡(luò)規(guī)模相似，兩國與其他國家的合作均存在較大的發(fā)展空間，且合作較為緊密的國家包括美國、英國。與中國相比較，日本與其合作網(wǎng)絡(luò)中的其他國家的合作更為緊密。兩國在各自的合作網(wǎng)絡(luò)中均具有較好的知識交流及擴(kuò)散性。