基于文献计量学的环境内分泌干扰物研究热点分析

乔 宇，闫振飞，冯承莲，王锦东，白英臣，吴丰昌

中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012

随着现代工业与制造业的迅速发展，有毒有害化学品层出不穷，新污染物已成为危害居民身体健康和生态环境安全的重要因素.新污染物是指目前不受监管但具有环境健康风险的一类物质[1-2].近年来，新污染物在水体、大气、土壤等环境介质中的暴露均有相关报道[3-8].随着环境监测技术的不断创新与完善，人们对化学物质危害环境和健康的认识也不断深化，越来越多的新污染物受到关注.“十四五”规划中，党中央明确提出要重视新污染物的治理和防范.最受关注的新污染物有环境内分泌干扰物(endocrine disrupting chemicals,EDCs)、持久性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs)、微塑料、抗生素等四大类，其中EDCs 具有潜在危害大、来源范围广、毒性效应强等特点，是社会关注的热点[9-12].EDCs 在低浓度水平下就能产生内分泌干扰效应，对生态和健康产生不良影响[13-15]，如影响甲状腺的正常功能，影响神经、免疫、生殖系统，以及多代及跨代遗传等[16-20].目前，国内多数研究主要集中在EDCs 的环境分布和毒理效应机制层面，对高风险的EDCs 尚且缺乏健全的管防机制[21-27].

目前，关于EDCs 的研究主要涉及EDCs 的监测[28]、源和汇、毒性机制与效应[29]等方面.借助文献数据可视化软件CiteSpace，研究梳理国内外关于EDCs 研究的文献[30-31]，对EDCs 文献的作者、期刊、主题、关键词、引用文献等进行分析[32-33]，统计历年发文量、高被引文献，核心关键词等[34]，以可视化图谱的方式呈现EDCs 的发展脉络与研究态势，探究EDCs 的研究方向与前沿热点，归纳EDCs 研究的相关领域和国内外差异，以期为EDCs 的深入研究和环境管理提供借鉴与参考.

1 材料与方法

1.1 研究方法

文献计量学使用统计的方法对科学论文进行定量分析，能够描述该领域的研究状况和新兴趋势，探索未来的研究热点和方向[35].CiteSpace 用于分析文献中的潜在信息，是基于科学计量学、数据和信息可视化技术下的引文可视化分析软件[30].该软件不仅能进行文献的共引分析和挖掘聚类信息，还可以分析作者、机构、国家/地区的合作等信息.

1.2 数据来源

选择分别在国内、国外收录文献较全并具有代表性的中国知网(China National Knowledge Infrastructure,CNKI)与Web of Science (WoS)数据库，检索EDCs相关研究文章[36].国内文献数据源于CNKI，高级检索主题为“内分泌干扰物”或“环境内分泌干扰物”，关键词为“内分泌干扰物”或“环境内分泌干扰物”，共检索到1 952 条结果，包括1 167 篇学术论文、530 篇学术论文、178 条会议记录、57 个专利成果、20 篇报道.国外文献数据收集于WoS，主题为“endocrine disrupting chemicals”或“ endocrine disrupting chemical”，文献类型为“article”，语种为“English”，时间跨度为“所有年份(1900−2021 年)”，共检索到11 646 条结果，包括9 442 篇学术论文、1 656 篇评论、171 篇会议记录、161 篇编辑稿件、158 篇会议摘要、28 封书信、13 篇修正稿、9 篇新闻稿、3 本专著、3 篇翻版、1 篇传记、1 篇撤回稿.所有检索数据截止日期为2021 年6 月25 日.除在历史发文量分析中使用全部检索数据外，为确保EDCs 领域文章的质量与可视化分析的准确性，在其他分析中使用经过筛选去重后的数据，其中，CNKI 的数据来源于北大核心、CSSCI、CSCD、EI期刊共639 篇学术论文，WoS 数据经过去重筛选后共9 442 篇学术论文.

CiteSpace 软件主要参数设置：CNKI 时段为1999−2021 年，WoS 时段为1994−2021 年，时间切片 均为1 年；pruning 选 择pathfinder、pruningsliced networks、pruning the merged network；selection criteria 选择“g-index，k=25”；聚类图质量检验指标包括“S值”和“Q值”(Q值>0.3，聚类可靠；S值>0.5，聚类合理；S值≥0.7，聚类完全可信)，该研究聚类图的S值均大于0.85，Q值均大于0.7，说明分析结果合理可信.

2 结果与分析

2.1 历年发文量分析

统计分析CNKI 与WoS 中EDCs 领域每年发表文章的数量，得到EDCs 领域历年发文量(见图1).由图1 可见，国际上对EDCs 的研究已有近30 年的历史，研究热度不断提高，目前每年有近千篇相关文章发表，正处于研究高热阶段.其中，WoS 数据库中关于EDCs 领域的文章出版起始于1992 年，大致经历了起步(1992−1995 年)、缓慢增加(1996−2000年)、迅速增加(2001−2011 年)、飞速增加(2012 年至今) 4 个阶段.2001 年、2004 年、2016 年增幅分别为61.9%、30.4%、22.1%，为21 世纪以来出版物数量增加最多的3 年.1996 年是我国出版EDCs 文章的起始年，进入21 世纪后发文量每年以10 篇左右的数量稳定增长，在2011−2014 年达到发文量高峰，但近些年发文量有所下降.

图1 CNKI 与WoS 中1991−2020 年EDCs 领域历年发文量Fig.1 Number of articles published in the field of EDCs in CNKI and WoS over the years from 1991 to 2020

2.2 基于CNKI 数据库的结果分析

2.2.1 EDCs 领域发文机构分析

选择CNKI 中的核心期刊，筛选出639 篇文章进行发文机构分析.由表1 可见，发文量前5 位的机构分别是同济大学、北京师范大学、中国科学院生态环境研究中心、哈尔滨工业大学和中国海洋大学，其中，同济大学的污染控制资源化研究重点实验室以及北京师范大学的水环境模拟国家重点实验室发文数量分别为32 和31 篇，分别占其所属机构发文量的88.89%和93.94%.

表1 CNKI 中EDCs 研究领域发文量前5 所机构的发文情况Table 1 The top 5 institutions in the field of EDCs research in CNKI in terms of number of publications

2.2.2 关键词分析

对EDCs 研究中的关键词进行共现聚类分析(见图2)，并列出频次排名前10 位的关键词(见表2).

表2 CNKI 中EDCs 领域出现次数前10 位的关键词Table 2 Top 10 keywords with the most occurrences in EDCs field in CNKI

由图2 可见，聚类分析共产生601 个节点、1 229条连线，划分为18 个类群.双酚A、壬基酚、类固醇雌激素、大豆异黄酮、氰戊菊酯等为EDCs 领域研究较多的物质.农药的使用和城市废水的排放为环境中EDCs 来源的主要途径.固相萃取、氯化、分子对接、吸附等是EDCs 的物理化学行为，生殖、免疫系统以及机体内分泌损伤是EDCs 的毒性效应.综上，国内早期研究重点集中在双酚A、壬基酚、邻苯二甲酸酯等EDCs 在环境中的浓度及检测方法，随着时间推移，研究不断深化，逐渐扩展到对EDCs 毒性效应机制的研究.

图2 CNKI 中EDCs 领域文章关键词的共现图谱Fig.2 Keyword co-occurrence mapping in filed of EDCs in CNKI

2.3 基于WoS 数据库的结果分析

2.3.1 关键词分析

对WoS 数据源中关键词进行可视化分析，共得到987 个节点、6 047 条连线.对EDCs 领域出现次数前20 位的关键词进行统计(见表3)，对所有关键词进行了共现图谱分析(见图3)、聚类统计(见表4)以及突发性探测(见图4).

图4 WoS 中EDCs 领域突现强度前20 位关键词的时间图谱Fig.4 Temporal mapping of the top 20 prominence intensity keywords in the field of EDCs in WoS

由表3 可见，国外EDCs 领域研究热点与国内相似，WoS 中EDCs 领域研究较多的EDCs 包括双酚A、壬基酚、多氯联苯等.暴露、降解、去除等关键词与EDCs 在环境中的检测和评估密切相关.化学品、药物、废水是EDCs 进入环境的主要载体.通过体外、鱼类、雌激素等关键词结合文献阅读，可以判断国外对EDCs 的毒性试验研究较国内多，主要模式是以鱼类为受试生物，通过暴露试验研究EDCs 对内分泌、基因表达的毒性效应和机制.由图3 可见，WoS 中EDCs 领域早期研究以双酚A、壬基酚等EDCs 为主，重点关注EDCs 的来源与暴露途径及其在地表水、废水等环境介质中的检测.近10 年来，对EDCs 的毒性效应机制及其在环境中如何去除、降解的研究增长较快.对关键词进行突发性探测，中心出现粉色环的节点为突发性较强的节点，表明其研究曾在短时间内出现爆发式增长.如Newbold 等[37]关于雌鼠暴露于己烯雌酚导致其后代机体发育障碍的研究，暴露于持久性有机污染物导致肥胖和代谢综合征等疾病[38-39]以及双酚A 类似物的研究[10,40]都是EDCs 领域具有创新性的研究.

图3 WoS 中EDCs 领域关键词共现图谱Fig.3 Keyword co-occurrence mapping in filed of EDCs in WoS

表3 WoS 中EDCs 领域出现次数前20 位的关键词Table 3 Top 20 keywords with the most occurrences in EDCs field in WoS

对WoS 中EDCs 领域的987 个关键词进行聚类分析，共得到26 个聚类群.每个聚类群的标签及聚类群中最重要的3 个关键词等信息如表4 所示.由表4可见：“#0 杀虫剂”聚类群主要包括风险评估、DDT和激素等关键词，对该聚类群的研究主要通过分析DDT 等杀虫剂对生物体激素的影响进行EDCs 的风险评估；“#21 鼠”聚类群主要以鼠为模式动物进行暴露试验，主要研究EDCs 对鼠细胞发育、DNA 表达、内分泌腺干扰的毒性效应机制等.总体上，可观察到WoS 中EDCs 领域主要关注的EDCs 有双酚A、壬基酚、类固醇、多溴二苯醚等，主要研究的毒性效应包括肥胖、脂肪合成、基因表达、表观遗传等，较为关注EDCs 吸收、吸附、固相萃取、生物降解等环境行为以及产前接触等暴露途径.

表4 WoS 中EDCs 领域关键词的聚类信息Table 4 Some important clustering information of keywords in EDCs domain in WoS

由图4 可见，WoS 中EDCs 领域的早期研究重点关注鼠、雌激素、化学品等主题的研究，近年来氧化应激、双酚类似物、苯甲酸酯类等主题具有较高的研究热度.在1994−2021 年的研究中，雌激素、外源性雌激素、卵黄蛋白原、虹鳟鱼等主题突现时间长达12 年，为EDCs 研究中活跃时间较长的主题.此外，化学品和污水处理厂的突现强度分别为30.44 和37.05，这2 个领域的研究对EDCs 的研究发展具有重大意义.研究发现，河流中的EDCs 会导致脊椎动物出现生殖发育障碍[41]，并提出检测污水处理厂中EDCs 的新思路[42-43]，均为EDCs 领域的研究提供了新的方向，是EDCs 领域具有代表性的研究.

2.3.2 文章引用文献分析

聚类分析WoS 中EDCs 相关文章的引用文献，得到122 个引用文献的聚类群，前9 个较为重要的聚类群信息如表5 所示[44].各聚类群高被引文章的发表时间、DOI 信息如表6 所示.

表5 WoS 中EDCs 领域相关文章引用文献的聚类信息Table 5 Some clustering information of cited articles related to the field of EDCs in WoS

表6 WoS 中EDCs 领域各集群中高被引文章相关信息Table 6 Related information of highly cited articles in each cluster of important literatures in EDCs cited literature cluster in WoS

结合文献阅读，国际上近30 年关于EDCs 的研究大致可分为3 个阶段：早期探索阶段(1991−2000 年)，EDCs 的相关报道开始出现，越来越多聚焦于EDCs在生物体内积累，干扰生物正常发育，并通过动物暴露试验探索EDCs 的毒性效应等；深入研究阶段(2001−2011 年)，注重研究环境中EDCs 的检出方法与暴露途径，阐明了多种重要的EDCs (如双酚A、多氯联苯、邻苯二甲酸酯等)的毒性效应，特别关注EDCs 对肥胖、生殖系统以及甲状腺功能的危害，并提供了部分EDCs 的环境浓度标准等；扩展研究阶段(2012−2021 年)，对EDCs 引起的内分泌干扰效应的毒性机制研究深入到分子结构、代谢动力学等层面，并融合了组学、计算毒理学等新学科.

2.3.3 文献来源国家、机构分析

统计检索WoS 数据库中国家及机构的发文情况，并列出发文量前10 位的国家、机构(见表7).由表7可见，美国与中国EDCs 发文量远超其他国家.美国中心度达0.23，与其他国家的合作更密切.机构发文量方面，中国科学院发文量最多，其次为美国环境保护局.发文量前10 位的机构中中国和美国均有4 所机构位列其中，另外2 所是西班牙的格拉纳达大学与韩国的汉阳大学.

表7 WoS 中EDCs 领域发文数量排名前10 位的国家和机构Table 7 Top 10 countries and institutions in WoS in terms of number of publications in the field of EDCs

2.3.4 文献来源期刊及学科领域分析

统计WoS 中EDCs 领域文章的引用文献来源期刊与学科领域的发文情况，并列出共被引次数排名前10 位的重要期刊和主要学科领域(见表8).在所有检测到的81 647 篇引用文献中，有6 214 篇文献来自Environmental Health Perspectives期刊.目前Endocrinology是被引文献量前10 位期刊中影响因子最高的期刊.一篇关于EDCs 研究的相关文章可能涉及多个学科领域，数据显示EDCs 相关文章共涉及196 个学科领域，其中“环境科学与生态学”“环境科学”“毒理学”为出现次数最多的三大学科领域.“环境科学”“环境工程”是近年来出现次数增长最多的学科.

表8 WoS 中EDCs 领域共被引次数排名前10 位的发文期刊和学科领域Table 8 Top 10 publishing journals and subject areas in the field of EDCs co-cited in WoS

3 讨论

EDCs 能干扰生物体正常的生长、发育、繁殖和新陈代谢等重要生命过程.通过对EDCs 的文献计量分析发现，在过往研究中双酚A、壬基酚等EDCs 备受关注，不仅因其产量大、毒性强、环境背景值较高，更重要的是这类EDCs 在工业生产中发挥着重要作用，另外人类等生物暴露于这些EDCs 的途径简单多样.虽然很多国家已经严格管控双酚A 的生产和使用，但很快出现了双酚F、双酚S、双酚AF 等双酚类似物作为双酚A 的替代品被用于工业生产中，由于结构功能的相似性，导致双酚类物质间具有相似的毒性效应.类似的物质还有溴代阻燃剂、有机磷阻燃剂等.

EDCs 领域对生物富集、基因表达、脂肪合成等生命活动的研究较多，EDCs 进入生物体后会干扰激素的合成、转运、代谢以及与激素受体的结合，在生物体内积累并随食物链传播，长期暴露于EDCs 会增加生殖障碍、认知缺陷、代谢失调以及各种癌症的风险；另外，EDCs 不仅危害亲代，其毒性还具有跨代、隔代遗传等特点，加强对EDCs 的研究与管控，对未来发展至关重要.

在EDCs 文章发表方面，发文量前10 位的国家中有9 个国家属于世界十大经济体，有7 个国家属于世界十大工业化强国，前10 位发文期刊与涉及的学科领域中以环境领域的期刊与学科为主.EDCs 在方便生产生活的同时，也给环境生态带来潜在的危害，未来研究中应更聚焦EDCs 的环境污染现状调查、毒性机制的探索和风险评估，同时还要加强对EDCs的管控.

4 结论与启示

a)国内外在EDCs 领域的研究脉络大致相同，可分为早期探索阶段、深入研究阶段和扩展研究阶段.研究趋势可归纳为从初始报道和检测环境中的EDCs，逐步发展到EDCs 毒性效应及机制研究，再到结合计算毒理和高通量分析等新兴学科以深入研究EDCs 的毒性模式，并对部分优先管控污染物进行风险评估.在研究贡献上，我国在国际发文量上位居第2 位，4 所机构位列国际发文量前10 位.关注EDCs研究的国家除我国外，其他多为欧美地区的发达国家.期刊、学科领域以环境和毒理类为主.

b)未来应重点关注EDCs 之间的协同或拮抗作用，以及EDCs 与其他物质复合污染的毒性效应机制，从单一EDCs 引起单一疾病的研究转向EDCs 对生物整体健康危害的研究；同时，应加强对环境中EDCs 实际浓度与暴露途径的调查，减少易感与发育敏感时期的人群与EDCs 的接触，利用物理化学、生物转化等途径降低环境中EDCs 的浓度，制定完善的环境基准文件，从而对环境中的EDCs 进行有效管控.