基于文獻計量學的耐輻射異常球菌研究態(tài)勢分析

劉碧波 曾慧嫻 謝雨婷 譚 樂 唐艷南華大學公共衛(wèi)生學院，衡陽 421001

隨著核電、核技術(shù)、放射技術(shù)、航天事業(yè)的飛速發(fā)展，以及發(fā)生核恐怖事件或戰(zhàn)爭的可能性增加，人們受到輻射損傷的可能性也隨之增加[1-3]。如何加強對放射工作人員、核事故應急人員的防護和對輻射損傷患者的救治，已引起國內(nèi)外專家的高度關(guān)注和重視。雖然人類在進化過程中發(fā)展了DNA 損傷修復機制，但對電離輻射的抵抗能力仍不強，4～6 Gy 的電離輻射就可產(chǎn)生半數(shù)致死效應。然而有一種原核生物——耐輻射奇球菌卻能在指數(shù)生長期耐受高達15 000 Gy 的電離輻射，有研究報道其最高可耐受 50 000 Gy 的輻射劑量[4]，被公認是迄今為止地球上已知的輻射抗性最強的生物；它能產(chǎn)生過氧化氫酶、過氧化物酶、超氧化物歧化酶、類胡蘿卜素和錳離子抗氧化物復合物等一系列抗氧化物質(zhì)[5-7]。此外，它還能高度抵抗紫外線、干燥以及H2O2等損傷因子，一直倍受生物醫(yī)學以及核醫(yī)學界的重視[8-10]。雖然國內(nèi)外研究者對耐輻射異常球菌（Deinococcus radiodurans，DR）已進行了分子、細胞和整體水平的研究，但其很多機制及功能還未被探知，在應用研究方面同樣有很大的探索空間。文獻計量學是一門運用數(shù)學和統(tǒng)計學方法進行定量分析的交叉學科，其因具有顯著的客觀性、定量化、模型化的宏觀研究優(yōu)勢，已被不少學科采用[11]，但目前仍未見關(guān)于DR 中文文獻計量學分析的報道。本研究采用文獻計量學和CiteSpace V.5.5（一種國內(nèi)外文獻可視化分析軟件）從多元、分時、動態(tài)角度分析DR 的研究現(xiàn)狀，初步評析其發(fā)展前景，為進一步的研究提供信息和方向。

1 材料與方法

1.1 文獻數(shù)據(jù)來源與檢索策略

1.1.1 文獻數(shù)據(jù)來源

本研究所使用的英文數(shù)據(jù)來自Web of Science（簡稱WOS）核心數(shù)據(jù)庫，中文數(shù)據(jù)來自中國知網(wǎng)（China national knowledge infrastructure，CNKI）數(shù)據(jù)庫。

1.1.2 文獻數(shù)據(jù)檢索

由4 名研究者在WOS 核心數(shù)據(jù)庫（2009 至2018 年）和CNKI 數(shù)據(jù)庫（2009 至2018 年）進行計算機網(wǎng)絡(luò)檢索。參考PubMed 數(shù)據(jù)庫中的醫(yī)學主題詞表檢索得到“Deinococcus radiodurans”主題詞，英文文獻以“Deinococcus radiodurans”為主題詞進行檢索。中文文獻以 “耐輻射異常球菌”、“耐輻射奇球菌”為主題詞進行高級檢索。

根據(jù)納入和排除標準進一步篩選文獻。納入標準：與DR 相關(guān)的研究；2009 至2018 年發(fā)表的文獻。排除標準：行動指南、訪談、會議總結(jié)和專利摘要；與DR 無關(guān)的研究；重復發(fā)表的文獻。英文文獻以“純文本”格式導出，并有完整的記錄。中文文獻以“refworks”格式導出，導出的內(nèi)容包含作者、文獻標題、摘要、關(guān)鍵詞等。由于CNKI 數(shù)據(jù)庫中的引文數(shù)據(jù)未完全開放，因此沒有對引文進行分析。

1.2 分析方法

1.2.1 一般情況的分析

將檢索得到的文獻導入北京愛琴海軟件公司開發(fā)的文獻管理軟件NoteExpress，按照標題、期刊進行去重處理，然后再通過閱讀標題、摘要及全文排除重復文獻。該步驟通過雙人工篩選完成。使用美國GraphPad 公司的Prism 8 軟件繪制發(fā)文量年度分布圖。利用 Excel 2016 對導入的文獻數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)計。統(tǒng)計時均以第一研究機構(gòu)、第一作者為標準，同時結(jié)合多項統(tǒng)計指標對文獻數(shù)量、核心作者、被引頻次（反映研究者在某一研究領(lǐng)域的成就）[12-13]、文獻類型、期刊來源及研究領(lǐng)域等進行文獻計量學分析。

1.2.2 數(shù)據(jù)的可視化分析

通過CiteSpace V.5.5 軟件對作者信息、發(fā)文期刊、國家、關(guān)鍵詞等進行多元、分時、動態(tài)地分析，探索它們之間的關(guān)系，并通過可視化的方式呈現(xiàn)出科學知識圖譜，展現(xiàn)該研究領(lǐng)域在一段時間內(nèi)的發(fā)展趨勢和前沿熱點問題[14]。該軟件生產(chǎn)的合作圖譜可分析一個領(lǐng)域中機構(gòu)和國家的貢獻，一個國家或一個機構(gòu)發(fā)表的研究結(jié)果越多，則說明他們做的貢獻越多[15]。中心度不低于0.1，說明機構(gòu)或國家在該領(lǐng)域占據(jù)了重要地位[16]。

操作方法：運用CiteSpace V.5.5 軟件中內(nèi)置的CNKI 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器將“refworks”格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可識別的格式，使用WOS 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器完成“純文本”數(shù)據(jù)中的重復數(shù)據(jù)去除和將文檔制表符轉(zhuǎn)化為CiteSpace V.5.5 處理的標準格式。本研究中的CiteSpace V.5.5 參數(shù)設(shè)置：時間跨度為2009 至2018 年，時間切片為1 年，術(shù)語來源包括標題、摘要、作者關(guān)鍵詞和關(guān)聯(lián)關(guān)鍵詞，節(jié)點類型為按照分析對象選取，選擇標準為“Top 50”，網(wǎng)絡(luò)連線強度選擇“cosine”。

通過CiteSpace V.5.5 對文獻中的關(guān)鍵詞行共現(xiàn)分析以確定基于文獻計量學視角的熱點研究領(lǐng)域。研究熱點是該領(lǐng)域研究人員主要關(guān)注和研究的方向，文獻的關(guān)鍵詞是文獻的高度凝練，從一定程度上反映了文獻的主要內(nèi)容[17-18]。在進行數(shù)據(jù)可視化分析時，節(jié)點類型先后選取“keyword”（關(guān)鍵詞）、“country”（國家）、“institution”（研究機構(gòu)），然后選擇合適的閾值和參數(shù)，分別得到DR 的研究機構(gòu)、國家的合作圖譜。

2 結(jié)果

2.1 文獻檢索結(jié)果

共檢索出1031 篇英文和197 篇中文文獻，數(shù)據(jù)經(jīng)過濾和去重后，最終納入英文文獻1026 篇和中文文獻157 篇。

2.2 一般情況的分析結(jié)果

2.2.1 發(fā)文量年度分布

由圖1 可見，2009 至2018 年英文文獻的發(fā)文量呈持平遞減趨勢，其中2011 至2013 年和2016至2018 年兩個時間段的發(fā)文量總體略少，但仍保持著每年不少于90 篇的水平；中文文獻的發(fā)文量在2009 至2018 年間呈波動變化，發(fā)文量明顯比英文文獻少，2013 年發(fā)文量最多，為25 篇。

圖 1 2009 至2018 年基于CNKI 與WOS 數(shù)據(jù)庫的關(guān)于耐輻射異常球菌的文獻發(fā)文量 CNKI 為中國知網(wǎng)；WOS 為Web of ScienceFigure 1 Distribution map of literatures published on China national knowledge infrastructure and Web of Science database on Deinococcus radiodurans from 2009 to 2018

2.2.2 國內(nèi)外的重要作者及其最新的研究成果

2009 至2018 年，CNKI 數(shù)據(jù)庫中DR 的發(fā)文量排名前9 的作者中有4 位來自于中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術(shù)研究所，且發(fā)文量排名前2 的作者也均來自該研究所（表1），這說明該研究所在DR 領(lǐng)域的發(fā)文量占很大優(yōu)勢。來自西南科技大學的楊杰的發(fā)文量排名第9，但其多作為第一作者，且篇均被引頻次最高（4.571）。楊杰在該領(lǐng)域中被關(guān)注最多的研究[19]是2015 年用掃描電鏡與能譜分析發(fā)現(xiàn)DR的多種活性基團可能參與吸附放射性核素鈾的過程，為該菌作為生物吸附劑應用于放射性環(huán)境治理提供了依據(jù)。

由表2 可知，2009 至2018 年，WOS 數(shù)據(jù)庫發(fā)文量排名前10 的作者中有4 位來自中國，分別是Hua YJ、Tian B、Wang L 和Xu G，且其中3 位作者的發(fā)文量分別位列前3。但被引頻次排名前10 的名單中未見該4 位作者，被引頻次最高的是Daly MJ（表3）。

表 1 2009 至2018 年中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中關(guān)于耐輻射異常球菌的研究發(fā)文量排名前9 的作者及其論文信息Table 1 Top 9 authors and their paper information of the China national knowledge infrastructure database on studies on Deinococcus radiodurans from 2009 to 2018

表 2 2009 至2018 年Web of Science 數(shù)據(jù)庫中關(guān)于耐輻射異常球菌的研究發(fā)文量排名前10 的作者Table 2 Top 10 authors of the Web of Science database on studies on Deinococcus radiodurans from 2009 to 2018

2.2.3 本領(lǐng)域內(nèi)國內(nèi)外的主要發(fā)文期刊

由表4 可知，2009 至2018 年，在WOS 數(shù)據(jù)庫中，DR 發(fā)文量排名前10 的期刊中，美國占7 個，美國Plos One雜志關(guān)于DR 的發(fā)文量最多，總發(fā)文量為61 篇，而荷蘭DNA Repair和英國Nucleic Acids Research雜志雖發(fā)文量較少，但該研究領(lǐng)域文獻篇均被引頻次卻較高，分別排名第4 和第6；雖然美國Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America雜志的發(fā)文量（22 篇）僅約為Plos One雜志發(fā)文量的1/3，但其篇均被引頻次卻高達69.400。

表 3 2009 至2018 年Web of Science 數(shù)據(jù)庫中關(guān)于耐輻射異常球菌的研究被引頻次排名前10 的作者Table 3 Authors with highly cited Top 10 in Web of Science database on Deinococcus radiodurans from 2009 to 2018

2009 至2018 年，在CNKI 數(shù)據(jù)庫中，DR 發(fā)文量排名前13 的期刊累計發(fā)文量為52 篇，占總發(fā)文量的33.1%（52/157）。發(fā)文量排名前3 的期刊分別為《核農(nóng)學報》、《生物技術(shù)進展》和《輻射研究與輻射工藝學報》 （表5）。

2.3 可視化分析結(jié)果

2.3.1 研究熱點

基于WOS 數(shù)據(jù)庫的DR 研究的關(guān)鍵詞聚類分析結(jié)果顯示，近十年的研究聚為16 個類別，主要從基因、蛋白、不同菌種以及酶和外界環(huán)境作用等角度進行研究，這16 個類別代表近十年國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究熱點。熱點關(guān)鍵詞中，被引頻次排名前3 的是“Deinococcus radiodurans”（耐輻射異常球菌）、“Escherichia coli”（大腸桿菌）、“ionizing radiation”（電離輻射），中心度排名前3 的是“bacterium”（細菌）、“Deinococcus”（異常球菌）、“protein oxidation”（蛋白質(zhì)氧化）。從關(guān)鍵詞的聚類、引用頻次和中心度的相關(guān)情況來看，關(guān)鍵詞聚類較分散，其被引頻次與中心度排名前10 的關(guān)鍵詞重合性小。

表 4 2009 至2018 年Web of Science 數(shù)據(jù)庫中關(guān)于耐輻射異常球菌的研究主要來源期刊及其他數(shù)據(jù)分析Table 4 Analysis of the main source journals and other data about the research of Deinococcus radiodurans in Web of Science database from 2009 to 2018

表 5 2009 至2018 年中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中關(guān)于耐輻射異常球菌的研究主要來源期刊的發(fā)文量Table 5 The number of papers published in the main source journals of the research on Deinococcus radiodurans in China national knowledge infrastructure database from 2009 to 2018

在CNKI 高頻關(guān)鍵詞的研究報告中，出現(xiàn)頻次和中心度均較高的為“耐輻射奇球菌”和“PprI”（DNA損傷開關(guān)響應蛋白）（表6），目前國內(nèi)研究者主要研究耐輻射奇球菌的基因?！癙prI”是除“耐輻射奇球菌”以外中心度最高的詞，含有該詞的文獻被廣泛引用。

表 6 2009 至2018 年中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中關(guān)于耐輻射異常球菌的研究文獻中出現(xiàn)頻次排名前10 的關(guān)鍵詞Table 6 Top 10 basic information of keywords of research literatures based on China national knowledge infrastructure database on Deinococcus radiodurans from 2009 to 2018

2.3.2 國家與機構(gòu)合作圖譜分析結(jié)果

對研究DR 的國家的出現(xiàn)頻率和中心度分析結(jié)果顯示，整體而言，發(fā)達國家在該領(lǐng)域的研究占主導地位，發(fā)展中國家僅占3 個，分別是中國、印度和巴基斯坦（表7）。美國在發(fā)文量和中心度上都占有比較明顯的優(yōu)勢，尤其在發(fā)文量上占據(jù)絕對優(yōu)勢，為發(fā)文量排名第2 的國家的2 倍。而在中心度上排名第1 的國家為德國。中國在發(fā)文量上排名第2，雖然在CNKI 數(shù)據(jù)庫中的文獻數(shù)量不多，但中國作者在英文期刊上發(fā)表了較多的相關(guān)文獻。中國文獻的中心度不夠高，在中心度排名前10 的國家中未見中國。通過CiteSpace V.5.5 對WOS 數(shù)據(jù)庫中的檢索結(jié)果做國家合作圖譜分析，結(jié)果同樣顯示，德國、美國、法國、日本等國家發(fā)表的文獻中心度高，而中國的偏低，這說明雖然中國在該領(lǐng)域的論文發(fā)表數(shù)量多，但與其他國家的合作少，在該領(lǐng)域的影響力偏低（圖2）。

表 7 2009 至2018 年Web of Science 數(shù)據(jù)庫中關(guān)于耐輻射異常球菌的研究的發(fā)文量與中心度排名前10 的國家Table 7 Top 10 countries based on Web of Science literature quantity and centrality on Deinococcus radiodurans from 2009 to 2018

在研究機構(gòu)方面，WOS 數(shù)據(jù)庫中發(fā)文量排名前5 的機構(gòu)分別為印度巴巴原子能研究中心（Bhabha Atom Res Ctr）、中國浙江大學、法國國家科學研究中心（CNRS）和法國巴黎第十一大學（Univ Paris 11）、美國路易斯安那州立大學（Louisiana State Univ），來自印度和中國的機構(gòu)在該領(lǐng)域的發(fā)文量較多（表8），但從研究機構(gòu)的合作圖譜來看，這兩個機構(gòu)的發(fā)文量雖多，但與其他機構(gòu)的合作度較低，而法國的機構(gòu)在該領(lǐng)域的發(fā)文量較多且與其他機構(gòu)的合作密切，如法國巴黎第十一大學（Univ Paris 11）和法國國家科學研究中心與法國原子能和替代能源委員會（CEA）間的合作密切（圖3）。

圖 2 2009 至2018 年Web of Science 數(shù)據(jù)庫中關(guān)于耐輻射異常球菌研究的研究國家合作圖譜 節(jié)點類型為國家，時間切片為1 年，選擇標準為“Top 50”，結(jié)果顯示：節(jié)點數(shù)為30 個，連線數(shù)為47，密度為0.108Figure 2 Research on national cooperation map based on Web of Science database on Deinococcus radiodurans from 2009 to 2018

圖 3 2009 至2018 年Web of Science 數(shù)據(jù)庫中關(guān)于耐輻射異常球菌的研究的研究機構(gòu)合作圖譜 節(jié)點類型為機構(gòu)，時間切片為1 年，選擇標準為“Top 50”，結(jié)果顯示：節(jié)點數(shù)為78 個，連線數(shù)為52，密度為0.0173。Univ Paris 05 為法國巴黎第五大學；CNRS 為法國國家科學研究中心；CEA 為法國原子能和替代能源委員會；Univ Paris 11 為法國巴黎第十一大學；Louisiana State Univ 為美國路易斯安那州立大學；Cornell Univ 為美國康奈爾大學；Univ Wisconsin 為美國威斯康星大學；Russian Acad Sci 為俄羅斯科學院；Chinese Acad Sci 為中國科學院；Zhejiang Univ 為中國浙江大學；Bhabha Atom Res Ctr 為印度巴巴原子能研究中心；Uniformed Serv Univ Hlth Sci 為美國健康科學統(tǒng)一服務大學；Kyungpook Nati Univ 為韓國慶北大學；Seoul Womens Univ 為韓國首爾女子大學；Korea Atom Energy Res Inst 為韓國原子能研究院Figure 3 Cooperation map of research institutions based on Web of Science database on Deinococcus radiodurans from 2009 to 2018

表 8 2009 至2018 年Web of Science 數(shù)據(jù)庫中關(guān)于耐輻射異常球菌的研究的發(fā)文量排名前10 的研究機構(gòu)Table 8 Top 10 research institutions based on Web of Science database on Deinococcus radiodurans from 2009 to 2018

3 討論

從DR 的文獻增長情況來看，英文文獻數(shù)量近十年呈持平遞減狀態(tài)，中文文獻數(shù)量則呈波動變化，這說明目前在該領(lǐng)域的研究已陷入瓶頸期，但可喜的是中文文獻的引證文獻在此期間呈現(xiàn)出增長的趨勢，這說明國內(nèi)該領(lǐng)域的研究發(fā)文質(zhì)量逐年提高。

對發(fā)文作者和發(fā)文期刊的分析結(jié)果顯示，刊登英文文獻的期刊大多來自美國，這與美國對該領(lǐng)域的研究起步較早有關(guān)：1956 年，DR 首次被美國科學家從γ 射線輻射后的肉罐頭中發(fā)現(xiàn)[20]；該領(lǐng)域內(nèi)影響因子最高的雜志Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America也是美國的。英文文獻發(fā)文量最多的是中國作者HUA YJ（華躍進）；中文文獻發(fā)文量最多的作者是陳明，篇均被引頻次最高的作者是楊杰。國內(nèi)該領(lǐng)域研究發(fā)文量排名前2 的作者均來自中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術(shù)研究所，他們的研究多發(fā)表在《核農(nóng)學報》。這些信息可以幫助該領(lǐng)域的研究者快速了解最新、最重要的研究成果，促進學者間的知識共享和交流，進一步推進該領(lǐng)域的研究。

國家、機構(gòu)合作圖譜顯示，國家間的合作較普遍，而機構(gòu)間合作不足。但由于各機構(gòu)間缺乏深層次的交流，導致研究重疊、不深入。國家、機構(gòu)合作圖譜表明美國是主要的發(fā)文國家，與其他國家的合作較多，研究成果較其他國家更豐富；中國發(fā)文量也很可觀，但中國除與俄羅斯和英國有合作外，基本上很少與其他國家合作，因此，國內(nèi)DR 的相關(guān)研究者可以在未來的研究中加大與其他各國的合作，以便獲得更多研究成果，提升在該領(lǐng)域的影響力。從機構(gòu)合作圖譜分析來看，各個機構(gòu)間合作較少，未來還需加大該領(lǐng)域各個前沿機構(gòu)的相互合作，集結(jié)該領(lǐng)域的人才，使該領(lǐng)域的研究更深入。

從國內(nèi)外研究熱點來看，國外研究的熱點比較分散，而國內(nèi)的研究主要集中在對耐輻射奇球菌抗性基因的研究及對其實際應用的探索。其中PprI 是研究最多的轉(zhuǎn)染基因之一，近年來，關(guān)于其的基礎(chǔ)及應用研究逐步深入。研究者在早期發(fā)現(xiàn)，PprI 基因可以調(diào)控DR 中recA 基因的表達，并且PprI 的敲除株會失去DR 對電離輻射的超強抗性[20-22]。Hua 等[20]于2003 年提出，激活的PprI作為一個總開關(guān)，可調(diào)節(jié)包括recA、pprA 和過氧化氫酶在內(nèi)的多個DNA修復和保護基因的表達和活化，對DR 的輻射損傷修復起到重要作用。Kuo 和Allis[23]的蛋白組學分析結(jié)果顯示，PprI 基因作為一個總開關(guān)，不但顯著上調(diào)全局調(diào)控蛋白PprI、重組酶RecA[24]、多效修復蛋白PprA，還涵蓋了參與壓力響應、能量代謝、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、信號轉(zhuǎn)導、蛋白翻譯和伴侶蛋白六大途徑的基因，并能增強細胞清除自由基的能力。PprI 蛋白失活將導致DR 對輻照及其他極端環(huán)境因素敏感，進而引起菌體死亡。陳震等[25]在2013 年綜合分析了該調(diào)控蛋白潛在的應用前景。Devigne等[26]通過實驗證明IrrE（DNA 損傷開關(guān)響應蛋白）可與 DdrO（DNA 損傷誘導基因的負調(diào)節(jié)因子）相互作用，促進 DNA 損傷誘導基因的表達，提高DR 對輻射、干旱等的抗性。Dong 等[27]研究發(fā)現(xiàn)，PprI 的表達提高了乳酸乳球菌對各種壓力的耐受性；黎婷婷等[28]研究發(fā)現(xiàn)，PprI 作為全局性的開關(guān)基因，能夠在DNA 損傷響應與修復過程中調(diào)控眾多細胞通路的基因表達。Shi 等[29]研究發(fā)現(xiàn)，以活體轉(zhuǎn)染的方式將PprI蛋白（肌肉注射）轉(zhuǎn)入受照小鼠體內(nèi)，可提高小鼠的輻射抗性，對動物急性放射損傷具有明顯的保護作用。Chen 等[30]研究發(fā)現(xiàn)，上述這種輻射保護作用可能與DR 的recA 同源的Rad51 蛋白的表達有關(guān)。Luo 等[31]研究發(fā)現(xiàn)，將IrrE 導入銅綠假單胞菌PAO1 中后，IrrE 的表達可提高其約71%的產(chǎn)電效率。今后，對DR 輻射抗性機制的研究不斷深入，可為生物體的輻射防護提供更好的思路。但目前相關(guān)研究仍停留在動物研究階段，將該基因用于人類輻射防護的設(shè)想還需不斷探索。

本研究通過 WOS 和 CNKI 數(shù)據(jù)庫對主題詞“ 耐 輻 射 奇 球 菌”、“ 耐 輻 射 異 常 球 菌”、“Deinococcus radiodurans”進行檢索，基于文獻計量學觀點及CiteSpace V.5.5 分析，對關(guān)于DR 的研究的發(fā)文量、發(fā)文期刊、作者信息、國家和機構(gòu)的合作情況、研究內(nèi)容及熱點等做了全面的比較分析。中國在該研究領(lǐng)域占有一定的地位，研究者眾多、發(fā)文量也可觀，但研究不夠深入，缺乏與其他國家和機構(gòu)的合作研究，影響力還不夠大。通過以上分析，得到了DR 相關(guān)研究的狀況，這提示我們，DR 的抗輻射機制今后依然是一個研究熱點，同時研究趨勢將逐步轉(zhuǎn)向醫(yī)學治療、農(nóng)業(yè)和環(huán)境治理等方面。

利益沖突本研究由署名作者按以下貢獻聲明獨立開展，不涉及任何利益沖突。

作者貢獻聲明劉碧波負責論文的撰寫；曾慧嫻負責數(shù)據(jù)的分析；謝雨婷、譚樂負責圖表的繪制；唐艷負責論文的審閱與最終版本的修訂。