心血管疾病能量代谢研究的可视化分析

石晶晶，石树青,2，胡元会，邱志凌，王欢，王丹丹,3，柴若宁

心脏是体内主要耗能器官之一，为了维持其收缩活动需要大量的能量，心脏通过能量代谢将代谢底物的化学能转化为机械能以维持其泵血功能[1]。心肌细胞中线粒体数量较多，任何能导致能量供应不足的因素都能造成心肌细胞的功能障碍，甚至心力衰竭[2]。心力衰竭是心血管疾病发展的最后阶段，心肌能量代谢的改变与其发展密切相关[3]。随着研究的深入，心肌能量代谢与心力衰竭之间的联系已成为热门研究话题。在本研究中，运用引文可视化分析软件CiteSpaceV对从WOS核心合集搜索到的关于心血管领域能量代谢相关研究的文献进行分析，旨在分析心血管疾病中能量代谢相关研究领域的研究现状，研究热点，并进一步分析发现其研究前沿。

1 数据和方法

1.1 数据来源以Web of Science Core Collection（WOSCC）数据库为数据来源进行检索。拟定检索公式：TS=（energy metabolism or energetic metabolism or metabolic energy）。时间跨度：1999-2019，索引：SCI-EXPANDED，CCREXPANDED，IC。精炼依据选择Web of Science 类别中的CARDIAC CARDIOVASCULAR SYSTEMS（心血管系统）。截止到2019年6月12日，共检索得到2477篇文献。

1.2 方法

1.2.1 软件选择与设置选择运用CiteSpace软件5.4.R3版本。时间分区（Time Slicing）：1999-2019，时间切片（Years Per Slice）：2年；节点类型（Node Types）：分别选取作者（Author）、机构（Institution）、国家（Country）、关键词（Keyword）、作者共被引（Cited Author）、期刊共被引（Cited Journal）及文献共被引（Cited Reference）进行分析；节点阈值选择（Top N per slice） = 20；修剪选项（Pruning）：关键路径（Pathfinder）、修剪切片网（Pruning sliced networks）、修剪合并的网络（Pruning the merged networks）。所得的共现图谱中的节点表示出现频次，共被引图谱中节点表示被引频次，连线的颜色表示首次共被引的时间，各图谱中节点大小与数量成正比。中心性用来发现和衡量文献的重要性，中心性＞0.1的用紫色外圈进行重点标注。采用Modularity Q值评价网络的模块度，值越大表示网络的聚类结果越好，其取值范围为[0，1)，一般认为，Q＞0.3就意味着划分出来的网状结构是显著的。Silhouette值是用来衡量网络同质性的指标，越接近1，反映网络的同质性越高，Silhouette值在0.5以上，一般认为该聚类结果是合理的[4]。

1.2.2 数据导出将2477篇文献的全记录与引用的参考文献以纯文本的格式导出，并以“download_***.txt”的格式命名，以CiteSpace软件进行可视化分析。

2 结果

2.1 年度发文情况通过web of science引文分析，对导出的2477条文献记录的发表情况（图1）及引用情况（图2）进行分析可知，近20年心血管领域能量代谢相关的文献发表数一直较多，其中2013年最多，高达178篇；1999年至2018年文献的被引次数呈稳步上升趋势，2019年相关文献仍在持续更新中，到检索日期为止，总被引频次达76 752次，每项平均被引次数为30.99，说明该领域研究仍处在快速发展阶段。

图1 年度发文量

图2 年度引文量

2.2 作者共现及作者共被引分析可视化图谱可以提供有影响力的研究小组和潜在合作者的信息，引导研究人员建立合作关系[5]。由citespace得到的作者共现图谱见图3（N=313，E=540），纳入图谱的学者共有313位，每个节点代表一位学者，节点见的连线代表学者间的相互合作，说明学者间的合作有待继续加强。Stefan Neubauer（81），Gary D. Lopaschuk（59），Kieran Clarke（51）三位学者的发文量最多，在本研究领域较为活跃。Christine Desrosiers（0.12），Martin E Young（0.12），E. Douglas Lewandowski（0.12），三位学者的中心性大于0.1，节点有紫色外圈，是本领域研究的重要人员。图4是共被引作者图谱，由图谱可知，共被引频次较高的作者有Neubauer S（325），Lopaschuk GD（302），Stanley WC（283），Taegtmeyer H（249），Ingwall JS（247），并且有紫色外圈标记，在该研究领域具有较强的影响力。

图3 作者共现图谱

图4 作者共被引图谱

2.3 国家和机构分析节点类型同时选择国家和机构，以citespace V软件生成国家和机构共现图谱（图5）。发文量排名前5的国家为：美国（982）、加拿大（236）、德国（234）、英国（217）和日本（194）；中心性排名前5的国家为：瑞典（1.36）、南非（0.74）、波兰（0.73）、瑞士（0.68）、英国（0.67）。发文量排名前5的机构为英国牛津大学(100）、加拿大阿尔伯塔大学（94）、美国哈佛大学（82）美国得克萨斯大学（82），法国国立健康与医学研究所（63）。中心性前5的机构为：蒙特利尔大学（0.49）、加利福尼亚大学洛杉矶分校（0.35）、蒙特利尔心脏研究所（0.32）、 美国杜克大学（0.27）、海德堡大学（0.27）。综合分析高产国家为美国、加拿大、德国。其中，美国的发文量远高于其他国家，在该领域占据主导优势。英国的发文量和中心性排名均较高，其中，英国的牛津大学是发文量最高的研究机构，并且注重和其他机构的合作。

2.4 期刊及期刊共被引分析“核心期刊”是重要期刊，具有较高的发文量和发行量。表1显示了发表与能量代谢相关文章的前5大学术期刊。它们是该领域的专业期刊，平均影响因子（IF）为11.01。运用citespace对所纳入文献进行期刊共被引分析得到的期刊共被引可视化图谱见图6，结合表2可知，共被引频次排名前5的共被引期刊为CIRCULATION、CIRC RES、AM J PHYSIOL-HEART C、J BIOL CHEM、J MOL CELL CARDIOL。中心性排名前5的期刊为CIRC RES、J MOL CELL CARDIOL、J BIOL CHEM、J AM COLL CARDIOL、CIRCULATION、AM J PHYSIOL-HEART C、J CLIN INVEST。综合分析CIRC RES、CIRCULATION、AM J PHYSIOLHEART C、J MOL CELL CARDIOL在心血管疾病能量代谢研究领域影响力较大。

图5 国家和机构共现图谱

表1 载文量排名前5的期刊

表2 共被引频次和中心性排名前5的期刊

图6 期刊共被引图谱

2.5 共被引文献分析对共被引频次和中心性均比较高的文献分析可获得学科研究基础。由CiteSpaceV生成的文献共被引可视化图谱见图7，表3列出了共被引频次排名前5的文献，结合图表分析可知Mechanisms of disease-The failing heart - An engine out of fuel是共被引频次最高的文章，Myocardial Fatty Acid Metabolism in Health and Disease和Energy metabolism in heart failure and remodelling的共被引频次和中心性均较高，这三篇文章是心血管疾病能量代谢的研究的重要参考文献。

表3 共被引频次排名前5的文章

图7 文献共被引可视化图谱

2.6 关键词共现及聚类分析关键词反应该领域的研究热点与前沿。用citespace生成关键词可视化图谱（图8）。频次排名前20的关键词列于表4，结合关键词共现图谱分析可知：心脏能量代谢研究方面的主要关键词有：heart failure（心力衰竭）、mitochondria（线粒体）、insulin resistance（胰岛素抵抗）、skeletal muscle（骨骼肌）、rat heart（大鼠心脏），fatty acid oxidation（脂肪酸氧化），obesity（肥胖），metabolic syndrome（代谢综合征）等。以log-likelihood ratio算法，将64个关键词聚合得出8个聚类群（图9），具体分析列于表5。

图8 关键词共现图谱

表4 频次排名前20的关键词

图9 关键词聚类标签

表5 关键词聚类分析表

时间线视图主要侧重于勾画聚类之间的关系和某个聚类中文献的历史跨度。同一聚类的节点按照时间顺序被排布在同一水平线上，文献的时间置于视图的最上方，越向右时间越近。在时间线视图中用户可以清晰地得到各个聚类中文献地数量情况，类中文献数越多代表所得到地聚类领域越重要。还能够显示各个类中文献的时间跨度，进一步反映聚类所关注的时间特征。心血管疾病能量代谢相关研究文献的关键词形成的时间线图谱见图10，结合关键词聚类标签视图分析可知，聚类0#所代表的研究主要在2012年以前，其主要的研究内容是：心力衰竭时高饱和脂肪喂养可改善心肌对生理应激的收缩反应[6]。聚类1#的主要文献集中在2005年以前，主要研究的是：通过优化心脏能量代谢治疗缺血性心脏病[7]。聚类2#和聚类3#及聚类4#中文献的跨越年限较长，从1999年至今，主要研究的方向是：促进心肌葡萄糖代谢可以增强心脏功能、减轻组织损伤[8]；内脏脂肪过量积聚是心血管和代谢发病的主要危险因素[9]；P53和TIGAR在缺氧条件下调节心肌细胞能量稳态，并且与细胞凋亡密切相关[10]。聚类5#概括的关键词主要集中在2005年以后，主要是心力衰竭患者心功能方面的研究[11]。聚类6#所概括的关键次主要集中在1999年至2004年，主要研究的是：内源性一氧化氮对缺血再灌注损伤心脏的保护作用[12]。聚类7#所代表的关键词的研究主要是在2010年以前，其主要的研究方向为：调节心肌代谢治疗心力衰竭[13]。

图10 关键词时间线视图

运用citespace对关键词进行突发性检测（图11），通过统计本领域关键词的词汇频率，根据词汇的增长率来确定哪些是研究前沿的热点词汇，是正在兴起或突然涌现的理论趋势和新主题，代表一个研究领域的思想现状[14]。近5年有突发变化的关键词主要有failing heart（心衰）、cardiovascular disease（心脏疾病）、dysfunction（功能紊乱）、cardiac metabolism l（心脏代谢）、oxidative stress（氧化应激）、cardiomyopathy（心肌病）、cardiac hypertrophy（心肌肥厚）risk（危险性）、活化蛋白激酶（activated protein kinase）、atherosclerosis（动脉粥样硬化）、exercise（运动）。

图11 关键词突发检测图

3 讨论

CiteSpace是在科学计量学、数据可视化背景下逐渐发展起来的一款引文可视化分析软件[15]。利用CiteSpace对1999年至2019年近20年来心血管领域能量代谢相关文献分析发现，该领域相关文献发文量一直较高，文献的被引次数总体呈现上升状态。Neubauer S，Lopaschuk GD，Stanley W，Taegtmeyer H及Ingwall JS是该研究领域主要的学者。美国是该领域研究的主要国家，英国牛津大学是发文量最多的机构，CIRC RES、CIRCULATION、AM J PHYSIOL-HEART C和J MOL CELL CARDIOL是心血管领域能量代谢研究的重要期刊。Mechanisms of disease- The failing heart - An engine out of fuel[16]，Myocardial Fatty Acid Metabolism in Health and Disease[17]和Energy metabolism in heart failure and remodelling[18]三篇文章是该研究领域的重要参考文献。目前的研究的主要关键词是心力衰竭、线粒体能量代谢、胰岛素抵抗、脂肪酸氧化、肥胖、代谢综合征等，说明心力衰竭时线粒体能量代谢的改变是研究较多的主题，而抑制脂肪酸氧化和刺激葡萄糖氧化可改善缺血心肌细胞的能量代谢障碍[2]。与心血管疾病（CVD）相关的合并症可改变全身和心肌的新陈代谢，常常导致心脏功能和健康状况恶化[19]，心肌能量代谢方面研究较多的合并症是糖尿病，肥胖和代谢综合征，心力衰竭中的骨骼肌异常也是研究的热点问题[20]。心力衰竭时线粒体能量代谢的改变，心血管疾病合并糖尿病、肥胖和代谢综合征的能量代谢障碍以及心力衰竭时的骨骼肌异常是该领域研究的热点问题。该领域的研究前沿是心力衰竭中线粒体的氧化应激和功能紊乱[21，22]，心肌病及动脉粥样硬化性心脏病的代谢重构[23，24]，AMPK信号通路[25]及运动诱导的肌动蛋白和肌肉脂肪组织的相互作用[26]。

本研究为科研工作者今后开展心血管疾病领域能量代谢的相关研究提供了一个新的视角，为研究者识别潜在的合作者和合作机构、热点话题和研究前沿提供了有价值的信息。