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(yī)藥大學 人工智能與信息技術(shù)學院,江蘇 南京 210023)

0 引言

腸道菌群是寄存在人體腸道內(nèi)的、與宿主共生的、多樣的微生物生態(tài)系統(tǒng),在多種生理調(diào)節(jié)中起作用,且與宿主的健康狀況密切相關(guān)[1]。保持腸道菌群的數(shù)量和比例相對恒定對維持人體內(nèi)外環(huán)境的穩(wěn)定具有重要作用?？茖W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(diào)與諸多臟器病變密切相關(guān),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(guān)文獻繪制成知識圖譜,直觀地展示該領(lǐng)域的研究現(xiàn)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(shù)據(jù)來源

本文使用中國知網(wǎng)(CNKI)中文數(shù)據(jù)庫,關(guān)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(zhì)量,期刊來源選擇“SCI來源期刊”“EI來源期刊”“核心期刊”3類。“腸道菌群”關(guān)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(shù)據(jù)準備階段,將CNKI文獻導出為Reforks形式。參數(shù)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(shù)據(jù)。eType中分別選擇Author、Institution、Keyword分別對作者、機構(gòu)和關(guān)鍵詞進行逐一分析。

2 結(jié)果與分析

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

2.1 作者合作網(wǎng)絡可視化分析

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

圖1 作者共現(xiàn)圖譜

2.2 研發(fā)機構(gòu)可視化分析

對文獻研究機構(gòu)進行可視化分析,中文文獻機構(gòu)共現(xiàn)如圖2所示。圖譜中503個機構(gòu)(節(jié)點),277條連線,網(wǎng)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(yī)藥大學”“華南農(nóng)業(yè)大學食品學院”4所機構(gòu)發(fā)文量超過200篇。

圖2 文獻機構(gòu)共現(xiàn)圖譜

2.3 關(guān)鍵詞可視化分析

2.3.1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

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

表1 頻次前5的關(guān)鍵詞

2.3.2 關(guān)鍵詞聚類分析

基于關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析的結(jié)果,可以進一步對這些關(guān)鍵詞進行聚類分析。一般使用輪廓系數(shù)判斷一個聚類中關(guān)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(guān)鍵詞聚類后共獲得55個類別,選取前8個聚類關(guān)鍵詞如表2所示,下文將對部分關(guān)鍵詞聚類進行分析。

表2 聚類關(guān)鍵詞分布

(1)腸道菌群有助于治療特定疾病。聚類3體現(xiàn)腸道菌群與肝性腦病、肝硬化等疾病有著密切關(guān)聯(lián)。李變玲等[4]研究得到代謝產(chǎn)物通過腸-腦軸雙向通路在肝病發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用,通過在微生態(tài)方面的研究證實腸道菌群與膽汁酸作用引發(fā)一系列變化,導致神經(jīng)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(guān)聯(lián)性。乳糜瀉本身是一種自身免疫性腸道疾病,研究發(fā)現(xiàn),攜帶變異基因的新生兒腸道內(nèi)雙歧桿菌屬明顯減少[5]。

(2)腸道菌群促進生長發(fā)育。聚類4和6體現(xiàn)腸道菌群在促進生長發(fā)育方面起著重要作用。在養(yǎng)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(shù)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(qū)、不同宿主體內(nèi)的腸道菌群差異可能較大,宿主的生長發(fā)育情況也不同。

(3)腸道菌群可以調(diào)節(jié)健康狀態(tài)。聚類5體現(xiàn)腸道菌群與腹瀉、過敏等有著密切關(guān)聯(lián)[6]。腸道微生物群落失調(diào)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(nèi)的腸道微生物群落時,腸道菌群的種類和數(shù)量可能發(fā)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(fā)過敏反應。

2.3.3 關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析

關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析是利用已知關(guān)鍵詞頻數(shù)間的數(shù)理關(guān)系反映不同年份期該領(lǐng)域的熱點話題,知道一個領(lǐng)域哪些關(guān)鍵技術(shù)在哪個時間段成為熱點。對納入文獻進行關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析,1990—2021年間一共有53個爆發(fā)性關(guān)鍵詞,按照爆發(fā)強度從高到低排列的前6個關(guān)鍵詞突現(xiàn)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(xiàn),中醫(yī)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(guān)鍵詞突現(xiàn)分析

3 對策和建議

腸道菌群的多樣性、穩(wěn)定性是健康的重要指標,目前,人們對自身健康問題的關(guān)注度日漸增長,腸道菌群相關(guān)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(gòu)之間的合作

通過對作者發(fā)文數(shù)量以及合作關(guān)系的分析,發(fā)現(xiàn)已經(jīng)初步形成以趙建新、陳衛(wèi)等為核心的作者合作網(wǎng)絡。通過對研究機構(gòu)的分析,發(fā)現(xiàn)研究機構(gòu)集中在江南大學食品學院、中國科學院大學、湖南中醫(yī)藥大學和華南農(nóng)業(yè)大學食品學院4所院校。江南大學食品學院發(fā)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(yī)藥大學和華南農(nóng)業(yè)大學食品學院緊隨其后,但4所機構(gòu)之間并沒有過多合作,其他發(fā)文量較少機構(gòu)之間的合作更少。腸道菌群領(lǐng)域的科研需加強作者團隊和研究機構(gòu)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(guī)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(chuàng)新,共建合作網(wǎng)絡,共同推動在腸道菌群研究領(lǐng)域取得突破性進展。

3.2 重視腸道菌群與人體健康的關(guān)聯(lián)研究

通過對關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析,發(fā)現(xiàn)文獻深入探究了腸道菌群的組成、結(jié)構(gòu)和功能,與人體健康之間的關(guān)系。就關(guān)鍵詞頻次來看,“腸道菌群”“益生菌”“生長性能”“肥胖”“多糖”出現(xiàn)的文獻數(shù)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(guān)系等。通過腸道菌群與特定疾病之間的關(guān)聯(lián)研究,闡明腸道菌群治療特定疾病的發(fā)病機制,開發(fā)出更有效的疾病預防策略和治療方法,為新型藥物的開發(fā)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(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)和企業(yè)的壁壘

趙建新、陳衛(wèi)、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(jié)果,使理論證據(jù)更有保障支持臨床研究;而劉斌團隊則側(cè)重其臨床研究,注重將理論結(jié)果實踐化。通過團隊合作交流,可以推動理論到實踐的轉(zhuǎn)變。腸道菌群的研究需要打通高校院所、醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)和企業(yè)等單位的壁壘,注重整合內(nèi)外部資源,例如整合針對某種疾病的?？坡?lián)盟、醫(yī)聯(lián)體、醫(yī)療集團和第三方機構(gòu)資源,打通阻礙科技成果轉(zhuǎn)化的堵點。

4 結(jié)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(jié)與分析,發(fā)現(xiàn)研究團隊合作微弱,機構(gòu)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(guān)系等方面。當前,腸道菌群相關(guān)研究挑戰(zhàn)和機遇并存,對腸道菌群相關(guān)研究亟須高校院所、醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)和企業(yè)等單位密切合作,暢通技術(shù)、資本、人才等要素流通渠道,實現(xiàn)腸道菌群領(lǐng)域研究的重大突破,為人類健康帶來更大的福祉。