糞菌移植研究熱點(diǎn)及趨勢
——基于CiteSpace的知識圖譜分析

李靈敏， 李 博， 劉 月， 劉曉峰

中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第960醫(yī)院 1.消化科； 2.神經(jīng)外科，山東 濟(jì)南 250031

糞菌移植(fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT)是一種最有效的重建患者腸道菌群的方法，它是將健康人糞便中的腸道功能菌群移植到患者的胃腸道內(nèi)，并重建新的腸道菌群，從而實(shí)現(xiàn)腸內(nèi)外疾病的治療。FMT在我國歷史悠久，最早可追溯到1 700多年前的東晉時(shí)期，我國中醫(yī)醫(yī)家葛洪的《肘后備急方》一書中就有利用人糞治療疾病的記載[1]。2013年，Van Nood等在TheNewEnglandJournalofMedicine上發(fā)表了FMT與萬古霉素的隨機(jī)對照試驗(yàn)，證實(shí)FMT治療艱難梭菌感染是一種有效的方法后[2]，2013年FMT的治療被列入英國治療艱難梭菌感染的臨床指南，2015年進(jìn)入美國胃腸學(xué)會(huì)治療復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染的臨床指南，該方法就引起了廣泛關(guān)注[3]。近年來，人們對腸道菌群在疾病中的作用有了更深入的認(rèn)識，F(xiàn)MT的治療正逐步擴(kuò)張到非艱難梭菌感染疾病，如肥胖、非酒精性脂肪性肝病、炎癥性腸病、功能性胃腸病、自閉癥、帕金森、阿爾茲海默癥等。面對國際上逐日升溫的研究及大量的文獻(xiàn)，逐一閱讀不僅耗時(shí)耗力，也不能迅速掌握研究方向及熱點(diǎn)。而CiteSpace是一款基于JAVA平臺(tái)的文獻(xiàn)計(jì)量分析軟件，由美國德雷塞爾大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的陳超美教授開發(fā)[4]，其現(xiàn)已升級至5.7.R5版本，可以用來分析大量的文獻(xiàn)。該軟件能夠有效地展示某一研究領(lǐng)域的整體狀況，并能直觀地將研究熱點(diǎn)展示在圖譜上。本研究運(yùn)用CiteSpace軟件對FMT相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢提供科學(xué)參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源在Web of Science核心文集中檢索數(shù)據(jù)，搜索以“fecal microbiota transplantation”為主題詞的論文，語種為英語，檢索出3 143篇相關(guān)文獻(xiàn)，排除綜述、會(huì)議摘要、書籍、重復(fù)發(fā)表等，最終納入論著1 571篇。文獻(xiàn)導(dǎo)出的記錄內(nèi)容為“全記錄與引用的參考文獻(xiàn)”，其導(dǎo)出格式是“純文本”。下載的文本命名為“download_**”，可進(jìn)行后續(xù)分析。

1.2 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法本研究采用CiteSpace 5.7.R5軟件進(jìn)行文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)分析，分別對作者(author)、機(jī)構(gòu)(institution)、國家(country)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析，對關(guān)鍵詞(key words)、被引用的參考文獻(xiàn)(reference)等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聚類分析并繪制可視化譜圖。軟件默認(rèn)選取每年共被引次數(shù)在前50的文獻(xiàn)進(jìn)行共被引網(wǎng)絡(luò)圖譜繪制，節(jié)點(diǎn)的大小代表共被引次數(shù)，聚類分析采用LLR算法(Log-likelihood rate)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，然后通過繪制FMT相關(guān)知識圖譜，展示近年研究熱點(diǎn)及趨勢。

2 結(jié)果

2.1 納入研究的發(fā)表論文趨勢文獻(xiàn)時(shí)間跨度為15年(見圖1)，第1篇文獻(xiàn)為2006年，在2012年以前發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)量較少，2013年以后呈逐年增加趨勢，2018年發(fā)表了230篇，2019發(fā)表了295篇，2020年發(fā)表了349篇，發(fā)表文章量逐年遞增，可見FMT已由研究起始階段進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展階段。2021年統(tǒng)計(jì)到6月，不代表發(fā)表文章數(shù)量減少。

圖1 “FMT”相關(guān)文獻(xiàn)年發(fā)表文章數(shù)Fig 1 Number of articles published per year related to “FMT”

2.2 納入研究的作者分析發(fā)文數(shù)量在一定程度上反映作者的學(xué)術(shù)能力和科研水平，共涉及9 357名作者，最高產(chǎn)的作者是Alexander Khoruts，來自美國明尼蘇達(dá)大學(xué)，發(fā)表FMT相關(guān)論文37篇，主要研究為艱難梭菌腹瀉在FMT前后的微生物群組成變化、FMT的機(jī)制和藥理學(xué)、FMT的標(biāo)準(zhǔn)化冷凍制劑等[5-6]。發(fā)文量第二的作者是我國南京醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院張發(fā)明教授，有29篇相關(guān)論文，發(fā)文量居于第三位的作者為美國明尼蘇達(dá)大學(xué)的Sadowsky Michael(27篇)，第四位為南京醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院崔博塔教授(25篇)。

2.3 納入研究的國家、地區(qū)和機(jī)構(gòu)分布CiteSpace軟件生成的國家和地區(qū)可視化圖譜如圖2所示，節(jié)點(diǎn)及字體大小代表發(fā)文量的多少，節(jié)點(diǎn)半徑及字體越大，發(fā)文量越多，發(fā)文量前5位為：美國614篇(中心性0.49)，中國412篇(中心性0.07)，德國125篇(中心性0.06)，加拿大85篇(中心性0.10)，法國79篇(中心性0.16)。中心性是可視化分析的重要分析點(diǎn)，中心性越高，表明行業(yè)地位、引用程度越高，中心性高的會(huì)在圖譜中用紫色圓圈標(biāo)注。美國、英國、法國、西班牙等歐美國家合作密切，在FMT領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位，而中國發(fā)文量雖然排到第二，但中心性排第10，提示影響力和合作度程度不夠高，表明中國應(yīng)加強(qiáng)與其他國家和地區(qū)的合作，提高研究水平，擴(kuò)大影響力。

圖2 國家和地區(qū)可視化圖譜Fig 2 Visual mapping of countries and regions by CiteSpace

發(fā)文共涉及1 875個(gè)機(jī)構(gòu)，發(fā)文量的前5位的機(jī)構(gòu)是：美國明尼蘇達(dá)大學(xué)、哈佛醫(yī)學(xué)院、南京醫(yī)科大學(xué)、浙江大學(xué)、布朗大學(xué)。而中心性排名前5的發(fā)文機(jī)構(gòu)是：哈佛醫(yī)學(xué)院、以色列特拉維夫大學(xué)醫(yī)學(xué)中心、美國斯隆-凱特琳癌癥中心、明尼蘇達(dá)大學(xué)、布朗大學(xué)。

2.4 納入研究的關(guān)鍵詞分析

2.4.1 關(guān)鍵詞頻次分析：合并相似的關(guān)鍵詞，關(guān)鍵詞頻次前10位如下：腸道菌群(包括gut microbiota、intestional microbiota、microbiota、microbiome、fecal microbiota)(1 020次)，糞菌移植(包括fecal microbiota transplantation、transplatation)(896次)，艱難梭菌感染(包括clostridium dificile infection、clostrium difficile)(461次)，感染(infection)(269次)，炎癥性腸病(inflammatory bowel disease)(237次)，潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis)(201次)，腹瀉(diarrhea)(153次)，多樣性(diversity)(134次)，失調(diào)(dysbiosis)(116次)，結(jié)腸炎(colitis)(114次)。

2.4.2 關(guān)鍵詞聚類分析：Cite Space通過LLR算法將關(guān)系密切的關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類，然后會(huì)給每個(gè)關(guān)鍵詞一個(gè)值，同一聚類中最大的當(dāng)選為該類別的代表，給它打上標(biāo)簽。通過關(guān)鍵詞聚類分析，形成了4個(gè)不同的聚類群(見圖3)，包括#0腸道微生物、#1艱難梭菌感染、#2種間移植，#3復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染。

圖3 關(guān)鍵詞聚類圖Fig 3 Keyword clustering map by CiteSpace

2.4.3 關(guān)鍵詞的突顯詞分析：采用繪制時(shí)區(qū)圖分布的方法，來研究FMT領(lǐng)域的發(fā)展趨勢和熱點(diǎn)問題，對關(guān)鍵詞進(jìn)行突顯詞分析，從而推斷該領(lǐng)域的前沿研究方向。具體地說，統(tǒng)計(jì)歷年來的關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次，以及關(guān)鍵詞增長的頻率，為這一領(lǐng)域的新興研究提供熱點(diǎn)與切入點(diǎn)信息。共有17個(gè)突顯關(guān)鍵詞(見表1)，“adult、acid、activation、active ulcerative colitis、akkermansia muciniphila”是目前熱點(diǎn)詞匯。

表1 2006-2021年關(guān)鍵詞突顯情況Tab 1 Burst of keyword from 2006 to 2021

續(xù)表1

2.5 納入研究的共被引文獻(xiàn)分析

2.5.1 共被引文獻(xiàn)的頻次分析：文獻(xiàn)共被引次數(shù)反映了該領(lǐng)域的關(guān)鍵點(diǎn)和學(xué)科前沿(見表2)，被引前5的文獻(xiàn)主要集中于艱難梭菌感染和潰瘍性結(jié)腸炎。

表2 共被引頻次排名前5的FMT相關(guān)文獻(xiàn)Tab 2 Top 5 cited literatures on FMT

2.5.2 參考文獻(xiàn)聚類分析：對共被引文獻(xiàn)聚類后得到13項(xiàng)聚類(見圖4)，CiteSpace依據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和聚類的清晰度，提供了模塊值(簡稱Q值)和平均輪廓值(silhouette，簡稱S值)兩個(gè)指標(biāo)，它可以作為我們評判圖譜繪制效果的依據(jù)，一般而言，Q>0.3意味著劃分出來的結(jié)構(gòu)是顯著的，S>0.7聚類是高效率令人信服的，S>0.5聚類認(rèn)為是合理的。本次聚類Q=0.7174 w，S=0.890，聚類效果較好。這13項(xiàng)聚類分別是：#0 recurrent clostridium difficile infection，#1 ulcerative colitis，#2 difficile infection，#3 transmissible colitis，#4 depression-like phenotype，#5 human fecal microbiome，#6 versus-host disease，#7 intestinal microbiome，#8 inter-species transplantation，#9 intestional domination，#10 following fecal microbiota transplantation，#11 fecal microbiota transplantation technique，#12 allogeneic hematopoietic cell transplant recipient，最大聚類為復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染，第二為潰瘍性結(jié)腸炎，第三為艱難梭菌感染。

圖4 共被引參考文獻(xiàn)聚類視圖Fig 4 Clusters view of co-cited references

3 討論

3.1 發(fā)文量的變化發(fā)表文章數(shù)量在一定程度上反映了學(xué)術(shù)界對該領(lǐng)域的關(guān)注程度，2006年、2007年、2009年的發(fā)文量均為1篇，國內(nèi)上海交通大學(xué)起步較早，2007年在ISMEJ(IF9.18)上發(fā)表一項(xiàng)建立人類菌群模型的論文，將10歲健康男孩的糞便懸浮液通過口服接種于無菌仔豬，這些仔豬的腸道菌群隨年齡的增長演替也與人類中觀察到的相似。2010年Khoruts A在JournalofClinicalGastroenterology雜志上發(fā)表一項(xiàng)研究，艱難梭菌感染患者FMT前后腸道菌群測序，結(jié)果表明移植后14 d，患者癥狀消退，受者與供者腸道菌群驚人相似。2011年多篇文獻(xiàn)報(bào)道FMT用于艱難梭菌感染[7-10]，此后發(fā)文量逐漸增加，2012年Lawrence J Brandt在AmericanJournalofGartroenterology上發(fā)表結(jié)腸鏡糞菌移植對治療復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染長期影響的文章[11]，南京大學(xué)的張發(fā)明教授[12]對此發(fā)表了一篇評論文章，“我們是否應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化已有1 700年歷史的FMT？”，由此可以看出一個(gè)熱門方向的先行者在早期就能察覺到未來的熱點(diǎn)，并從早期開始研究。自2013年FMT可治療艱難梭菌感染寫入美國的臨床指南以后，該領(lǐng)域逐漸受到大家重視及接受，發(fā)表文章數(shù)量也逐年遞增，顯示出廣闊的發(fā)展前景。

3.2 研究現(xiàn)狀在臨床常規(guī)治療或臨床試驗(yàn)中，用于FMT的疾病目前主要有4大類，包括細(xì)菌感染、代謝異常、自身免疫性疾病和腦腸軸疾病，全球范圍內(nèi)最公認(rèn)的是用于艱難梭菌感染的挽救性治療，引用率最高的一篇文獻(xiàn)為“通過鼻十二指腸管輸注糞菌治療復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染”，證明與萬古霉素相比，F(xiàn)MT對治療復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染更有效[2]。

分析發(fā)文量和中心性兩個(gè)不同指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)，以色列特拉維夫大學(xué)和美國斯隆-凱特琳癌癥中心雖然發(fā)文量不靠前，但中心性較高，證明被引次數(shù)及行業(yè)關(guān)注度較高。以色列特拉維夫大學(xué)醫(yī)學(xué)中心Gal Markel教授的研究小組在Science上發(fā)表FMT能促進(jìn)免疫治療難治性黑色素瘤患者的反應(yīng)，F(xiàn)MT治療能改善腫瘤微環(huán)境中免疫細(xì)胞浸潤和基因表達(dá)譜的理由變化，這一研究由以色列特拉維夫大學(xué)、美國艾拉勒梅鮑姆癌癥免疫研究所、安德森癌癥中心等多個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)合完成[13]。美國腫瘤醫(yī)院斯隆-凱特琳癌癥中心，發(fā)表可以幫助在同種異體造血干細(xì)胞移植過程中需要接受高強(qiáng)度抗生素治療的癌癥患者補(bǔ)充有益的腸道細(xì)菌[14]。FMT在腫瘤治療中具有驕傲的研究和應(yīng)用價(jià)值，是目前研究的熱點(diǎn)方向。我國目前的發(fā)文量居世界第二位，這與我國自然科學(xué)基金等項(xiàng)目對腸道菌群相關(guān)研究的大力支持有關(guān)，極大地推動(dòng)了國內(nèi)相關(guān)研究的發(fā)展。

3.3 研究熱點(diǎn)及前沿關(guān)鍵詞的突顯發(fā)現(xiàn)“adult、acid、activation、active ulcerative colitis、akkermansia muciniphila”。阿克曼菌(又譯為：艾克曼菌，akkermansia muciniphila)，2004年荷蘭瓦赫寧根微生物實(shí)驗(yàn)室Derrien M[15]發(fā)表于InternationalJournalofSystematicandEvolutionaryMicrobiology，是一種革蘭氏陰性、嚴(yán)格厭氧、不運(yùn)動(dòng)、不形成孢子的橢圓形細(xì)菌，可以單獨(dú)或成對生長,是微疣菌門的唯一成員，在人體內(nèi)含量豐富，為1%～5%，是人類腸道中唯一可貯備與分解黏蛋白，生產(chǎn)碳氮因子的益生菌。艾克曼菌自2004年首次報(bào)道以來，在發(fā)現(xiàn)后的前10年并未得到廣泛關(guān)注，文章每年引用頻次波動(dòng)在幾至二十幾，2015年以后被引用頻次逐漸升高。2013年Everard等在肥胖和2型糖尿病小鼠中發(fā)現(xiàn)，艾克曼菌的豐度降低，補(bǔ)充該菌后逆轉(zhuǎn)了小鼠由高脂飲食引起的代謝紊亂，提高了小鼠對胰島素的敏感性并能起到抗炎和改善脂肪沉積的作用，該文獻(xiàn)被引次數(shù)為1 848次，得到了廣泛的認(rèn)同[16]。該菌不僅影響代謝，2018年法國實(shí)驗(yàn)室在Science上發(fā)表的一篇文章得出艾克曼菌在增加癌癥免疫治療效果上有非常顯著的作用[17]。發(fā)現(xiàn)在肺癌、腎癌、尿路上皮癌的患者使用了抗生素后進(jìn)行抗癌免疫治療的患者效果明顯比未使用抗生素的患者效果差，這說明抗生素破壞了腸道菌群以后，抗癌治療效果就打了折扣。不服用抗生素就可以把PD-1免疫療法的效果從25%提高至40%。新抗癌明星細(xì)菌艾克曼菌可通過FMT實(shí)現(xiàn)，在FMT前后測序，發(fā)現(xiàn)移植后該菌豐度增加。FMT對年齡的關(guān)注，如不同年齡段幼年、成人、老年人群對FMT治療的效果[18]，代謝產(chǎn)物的測定(短鏈脂肪酸、膽汁酸代謝、尿酸代謝物等)[19]，F(xiàn)MT后信號通路的激活，如NLRP3信號通路活化、免疫的激活等均是目前關(guān)注度較高的[20]。

FMT能誘導(dǎo)活動(dòng)期潰瘍性結(jié)腸炎患者病情緩解，保留灌腸法，50 ml FMT液或50 ml水，每周1次，持續(xù)6周。Mayo評分>4分患病在1年以內(nèi)的患者3例得到緩解，患病時(shí)間超過1年的34例患者中只有6例得到緩解[21]。2015年同樣發(fā)表在Gastroenterology上的另一篇關(guān)于FMT治療潰瘍性結(jié)腸炎認(rèn)為無效，被引次數(shù)略少于前一篇，但該實(shí)驗(yàn)的給藥方式不一樣，經(jīng)鼻十二指腸給藥法，治療組與安慰組之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[22]。國內(nèi)的研究認(rèn)為，F(xiàn)MT治療潰瘍性結(jié)腸炎具有較好的臨床療效，安全性良好，中消化道與下消化道FMT療效相當(dāng)[23]。最近發(fā)表在Gastroenterology上的兒童FMT治療潰瘍性結(jié)腸炎的隨機(jī)對照試驗(yàn)，提示FMT對兒童的潰瘍性結(jié)腸炎有一定作用[24]。

本文運(yùn)用CiteSpace對FMT文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析，評估過去FMT領(lǐng)域的研究活動(dòng)，跟蹤研究進(jìn)展，預(yù)測具體學(xué)科的新動(dòng)態(tài)。了解這些方面是掌握FMT臨床科研究的一種途徑，F(xiàn)MT在治療腫瘤、活動(dòng)性潰瘍性結(jié)腸炎、具體機(jī)理和代謝產(chǎn)物的檢測等仍是未來研究的方向。