基于文献计量的抗生素耐药基因(ARGs)传播研究现状及热点分析

张 琴,方亮星,潘 科,廖晓萍

(1.华南农业大学图书馆,广东 广州 510642;2.华南农业大学兽医学院,广东 广州 510642)

近年来,由于抗菌药物长期的不规范使用,细菌耐药问题已经成为全球公共健康所面临的重要挑战。当前,携带碳青霉烯酶类耐药基因blaNDM-1、黏菌素耐药基因mcr-1等“超级细菌”不断出现,给临床上治疗细菌性感染性疾病带来了极大挑战,因而,耐药菌及其携带的抗生素耐药基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)的传播问题引起了人们的高度关注。作为新兴环境污染物,ARGs在不同环境介质中的传播、扩散和持久存在,可能比抗菌药物本身对环境的危害更大。抗生素耐药基因是细菌耐药性形成和传播的物质基础,其形成主要有两种方式,其一是细菌染色体自身发生突变,对抗生素产生耐药性;其二是细菌通过水平转移的方式获得外源性耐药基因,耐药基因的水平转移(Horizontal gene transfer,HGT)是细菌获得耐药性的主要方式。当前,国内外已有不少关于抗生素耐药基因传播的研究论文,如针对磺胺类[1]、氟喹诺酮类[2]的耐药基因,针对碳青霉烯酶类的NDM[3]和黏菌素的MCR[4]耐药基因,或是针对畜禽养殖环境[5]、土壤[6]及其他各种生态环境[7]等不同介质中存在的耐药基因。然而,耐药基因尤其是能够发生水平转移的高风险的耐药基因是如何传播的,我们对此所知甚少。目前,基于全球范围内的抗生素耐药基因传播的研究情况分析还较为缺乏,从整体上考察抗生素耐药基因传播的相关研究进展及发展趋势也较为欠缺,此外,也未见从文献计量的角度对该领域的主要学术期刊发文规律及变化进行分析。

为了从整体上考察抗生素耐药基因传播的相关研究进展,及时把握其发展新态势,以获取最有价值的信息,本文以Web of science核心集合TM数据库为数据源,采用文献计量学的方法,对2008-2017年间全球有关抗生素耐药基因传播研究的总体发文情况、主要研究力量及研究热点等开展综合分析,评价相关研究及发展趋势,以期了解抗生素耐药基因传播研究领域的最新发展动态,为科研人员更好地掌握抗生素耐药基因传播的研究现状以及未来的发展方向提供指导。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源 本文数据来自科睿唯安公司(Clarivate Analytics)Web of science产品中的Web of science核心合集TM数据库。期刊影响因子IF和分区来自Web of science产品自带的发布于2017年期刊引证报告JCR(Journal citation reports)。对十年间Web of science核心合集TM数据库所收录的文献进行分析,基本可以反映出目前抗生素耐药基因传播领域的研究现状和发展趋势。检索式为：[(Antibiotic∗and resistan∗gene)or ARGs)and(Emergence or dissemination or transfer∗or spread or HGT],检索途径：主题检索;时间范围：2008-2017年。通过对Web of science核心合集TM数据库进行检索后,共获得6 335条检索结果(检索时间为2018-4-24)。

1.2 研究方法 本文采用文献计量的方法对抗生素耐药基因传播的研究现状以及研究热点趋势进行分析,并进行可视化处理。通过对论文第一作者、通讯作者分析该领域的主要研究力量;通过高频关键词及词频变化分析、高被引文献及ESI热点论文分析该领域的研究热点,进一步运用Noteexpress、EXCEL、Bibexcel、Ucinet及 Netdraw 等软件对抗生素耐药基因研究论文进行统计分析及可视化处理。

2 结果与分析

2.1 文献总体分析 国内国际的总体发文趋势：2008-2017年抗生素耐药基因传播研究领域的发文数量情况如图1所示。(1)国际趋势：2011年之前总体发文较少,2011年以后文献量持续快速增长;(2)国内文献也从2011年开始迅速增长。从2010年和2015年这两个时间点有快速增长点。进入21世纪以来,随着抗生素耐药领域研究的深入,学界对于抗生素耐药基因传播的研究逐渐重视。尤其在近几年抗生素耐药问题日益严峻,世界卫生组织以及各国政府高度重视的现状下,耐药基因传播相关领域的研究逐步受到学术界的重视,针对耐药基因传播的研究也逐渐增多。因而,该领域的发文量和文献数量的增长都有大幅度提高。

2.2 主要研究力量分析 对论文作者进行分析可以很好地展现该领域的研究力量整体情况。由于科研问题情况复杂,许多科研论文往往是由多个合作者共同完成。在对研究领域的研究人员进行分析时,第一作者和通讯作者无疑是论文合作者中两个最重要的作者,对他们进行分析可以很好地体现该研究领域的研究者总体情况。笔者将以第一作者或通讯作者身份发表5篇及以上论文的作者归为高产作者,共有21位,这21位高产作者(占所有作者总数0.78%)在10年中的论文产出累计为558篇(占论文总数的8.4%)。以第一作者身份发表5篇及以上的作者有14位,其中Gillings,Michael R最多(12篇),供职于澳大利亚麦考瑞大学。并列第2位的有6名作者(各发表6篇),分别是Martinez,JoseL(西班牙国家研究委员会);Poirel,Laurent(巴黎大学);Oteo,Jesus(西班牙卡洛斯三世大学);Juhas,Mario(牛津大学);Carraro,Nicolas(加拿大谢布克大学);Heuer,Holger(德国联邦栽培植物研究中心)。以通讯作者身份发表5篇论文及以上的有14位,其中Rolain,Jean-Marc最多(29篇),供职于艾克斯-马赛大学,其次分别是Martinez,Jose L(西班牙国家研究委员会)和Zhang,Tong(香港大学),各16篇。以第一作者或通讯作者发文较多的机构有中国科学院乡村环境研究所(8篇),美国麻省理工大学(6篇),西班牙的拉里奥哈大学(10篇),尼德兰乌得勒支医学院(9篇)和澳大利亚的悉尼大学(9篇)。

图1 2008-2017年抗生素耐药基因传播领域发文数

21位高产作者前后5年论文产出对比见图2。这21位作者后5年的论文产出(268篇)是前5年的(125篇)2倍多,且后5年较前5年论文产出量减少的作者只有5位,其他16位作者在后5年的论文产出均较前5年增加。由此可见,关于抗生素抗药基因传播研究的高产第一作者的科研生产力呈现明显的上升趋势。

图2 高产作者前后5年论文产出量

2.3 主要研究热点分析

2.3.1 高频关键词词频及可视化分析 高频关键词是研究领域中出现频次较高的关键词,其可在很大程度上反映学科发展现状与研究热点,但仅此还不能揭示学科领域的内部结构,还需要利用共词分析法进一步揭示高频关键词之间的相互关系[8]。通过对高频关键词的共词分析可以反映关键词之间的关联强度,展示学科领域的研究状况和结构[9]。将本文检索到的6 335篇抗生素耐药基因传播研究的论文导入Bibexcel软件,并进行高频关键词词频分析。数据显示,2008-2017年抗生素耐药基因传播领域的6 335篇论文共涉及1 001个关键词,关键词出现频次达12 442次,每个关键词平均出现12.4次。按关键词降序排列,前41个关键词(占总关键词的4.1%)出现频次超过50,关键词总数达4 799次,平均每个关键词约117次。对这41个频次大于50次的关键词中多词同义、单复数、单词首字母大小写等现象进行合并,如“Antibiotic resistance”、“Antimicrobial resistance”、“Resistance”、“Drug resistance”,统一合并为“Antibiotic resistance”,经合并后共有30个频次大于50个关键词。对合并后的30个关键词进行统计分析,可以在某种程度上反映目前抗生素耐药基因传播领域的研究核心与热点,统计结果见表1。

抗生素耐药基因传播研究领域涉及最多的关键词除了抗生素耐药、抗生素和抗生素耐药基因之外,主要还有大肠杆菌(E.coli)、基因水平转移(Horizontal gene transfer)、整合子(Integrons、Integron)、质粒(Plasmid、plasmids)、金黄色葡萄球菌等。

为便于了解高频关键词之间的内在关系,将合并之后的30个关键词,采用Bibexcel软件进行配对,统计它们的共现频次,利用Ucinet和Netdraw软件最终得到高频关键词共现网络可视图,如图3所示。共出现431个节点。

图中节点的大小代表关键词出现的频率高低和与其他方向联系的紧密程度,通过双向箭头表达关键词配对情况。节点之间的连线表示节点之间两组关键词出现的频次,连线越密、表明出现频次越高,代表两组关键词的关系就越密切[10]。较大节点显示的关键词,例如、“Multidrug resistance(多重耐药)”、“Escherichia coli(大肠杆菌)”、”Horizontal gene transfer(基因水平转移)”、“Plasmid(质粒)”、“Pseudomonas aeruginosa(绿脓杆菌)”、“ESBL(超广谱β-内酰胺酶)”等即为词频较大的关键词,说明这些方向的研究较为频繁且与其他领域关联较多;而如“Enterococci(球肠菌)”、“Tetracycline(四环素)”、“Salmonella(沙门菌)”等节点较小且与其他关键词联系不紧密的词,代表其研究方向涉及较窄,或者属于某种特定的研究主题等。

表1 抗生素耐药基因传播研究的高频关键词及词频

图3 抗生素耐药基因传播研究的关键词共现网络可视图

2.3.2 高频关键词词频变化分析 通过对代表该领域研究热点的高频关键词年度词频变化情况进行分析,可用来研究该领域研究热点的变化趋势。根据吕红,邱均平等人的方法[11](设关键词词频变化率K值=(X-Y)/X,其中X=后5年(2013-2017年)高频关键词词频总数;Y=前5年(2008-2012年)高频关键词词频总数。关键词词频变化率K值绝对值越大,表明该关键词代表的研究主题进入(K＞0)或退出(K＜0)研究者重点关注视野的速度越快;K值绝对值越趋于0,表明该关键词代表的研究主题是持续的研究热点。当K＞0,表明该关键词代表的研究主题逐渐受到研究者的重视,K值越大,表明这些高频关键词代表的研究主题所受的关注程度越高,这些研究主题往往是目前研究的热点;当K＜0,表明该关键词代表的研究主题逐渐不受到研究者的重视,K值越小,表明这些高频关键词代表的研究主题不受关注的程度越高,这些研究主题往往是前几年的研究热点,它们在当时给该领域研究产生过重大影响,但未来这些高频关键词代表的研究主题将不再是抗生素耐药基因传播的研究热点,笔者对表1确定的30个关键词进行词频变化率的分析,发现这30个关键词词频变化率均大于零,结果见表2,说明这些关键词都是最近几年的研究热点。

该研究领域热点研究的耐药菌包括鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、沙门菌和铜绿假单胞菌等,其耐药机制研究主要涉及β-内酰胺酶、超广谱β-内酰胺酶以及碳青霉烯酶类耐药基因,而研究热点的抗菌药物类别为四环素。多位点序列分型(MLST)与脉冲场凝胶电泳(PFGE)是目前该领域最为常见的运用于细菌分子分型的技术。具体研究内容主要有：多重耐药、致病性、流行病学、整合子、共转移、质粒、生物膜、演化、基因水平转移、可移动基因元件。随着环境保护和健康意识的提高,耐药菌和ARGs对水环境造成的污染越来越受到人们的关注,废水也是该领域热点研究基质。

表2 前后5年关于抗生素耐药基因传播研究的高频关键词词频变化率

2.3.3 文献被引分析与ESI热点论文分析 论文被引用次数反映出文章的学术影响力,论文被引用次数越多,表明这些论文在该领域中的影响力越大,这类论文往往在该领域的研究中具有重大发现,或获得了重要的试验数据,或筛选到好的试验条件及方法,或在理论上有重大突破[12]。笔者研究的6 335篇论文被引次数共为126 408次。其中,Kumarasamy,K.K.等人发表的论文[13]被引次数最多,截至2018年4月底,共被引1 320次。该论文调查了印度、巴基斯坦和英国中多重耐药肠杆菌中NDM-1的检出率,发现NDM-1大量存在于大肠杆菌和肺炎克雷伯菌中,并且这些菌株除了对替加环素、黏菌素敏感之外,几乎对其他所有的抗生素都产生耐药。其中Liu,Yi-Yun等人发表的论文[14]为高被引论文,3年间被引频次呈指数上升(2015年(2次)、2016年(258次)、2017年(442次)),说明这篇文献在该领域具有重要的影响力,引起学者的广泛关注。另外还有一篇第一作者为Davies,Julian的论文[15]的被引频次也是逐年递增,见中插彩版图4。

3 结论

以Web of science核心合集数据库为基础,本文分析了2008-2017年间全球范围内有关抗生素耐药基因传播研究的总体发文趋势、主要研究力量以及研究热点等。近年来抗生素广泛使用、甚至滥用引起的细菌耐药性问题日益严峻,使得针对抗生素耐药基因传播的研究越来越受到研究者的关注,这也是未来研究的热点。从总体发文趋势上看,该领域研究逐渐增多,研究力量不断增强。以第一作者或通讯作者署名发文量前三位的作者分别是：Rolain,Jean-Marc(艾克斯马赛大学);Gillings,Michael R(麦考瑞大学);Martinez,Jose L(西班牙国家研究委员会)。

文献计量学分析结果表明,四环素是目前关于抗生素耐药基因传播研究热点抗生素类别,废水是热点研究基质。研究最多的细菌为：鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌以及大肠杆菌等。耐药菌耐药机制主要涉及β-内酰胺酶、超广谱β-内酰胺酶以及碳青霉烯酶类耐药基因。在未来的研究发展趋势方面,质粒在抗生素耐药基因传播中所起的作用、抗生素耐药性的起源与演化等方向将具有一定的研究价值和发展空间。