基于CiteSpace的海洋双壳贝类免疫研究可视化分析

宁新翔 孙宏宇 刘璐璐 杜雨轩 朱若琳 赵森

(北部湾大学海洋学院/广西北部湾海洋生物多样性养护重点实验室，广西 钦州 535011)

双壳软体动物隶属于软体动物门双壳纲，是重要的海洋渔业资源。常见的海洋双壳纲贝类如太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)、栉孔扇贝(Chlamys farreri)、紫贻贝(Mytilus edulis)、菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)、合浦珠母贝(Pinctada fucata)等，在我国的水产养殖行业中占有举足轻重的地位。据2022年《中国渔业统计年鉴》显示，2021年我国贝类海水养殖产量高达1545.67万t，占海水养殖总产量的69.90%。另外，海洋双壳贝类除具有巨大的商业价值外，还具备过滤海水、清洁以及监测海域水质的作用[1]，具有一定的生态功能。

贝类的生活环境复杂。近年来，贝类养殖水域环境不断发生变化，由于受到一些病原微生物以及海洋污染物的威胁，病害频发，贝类养殖产业日渐严峻[2]。长期以来动物免疫研究一直是学界的研究热点，免疫是指机体能够识别“自己”、清除“异己”的生理功能，目的是维持机体生命活动的稳态。动物的免疫系统分为固有免疫系统和适应性免疫系统，与高等的哺乳动物相比，贝类属于低等的无脊椎动物，其只具有固有免疫系统而不具有适应性免疫系统，其免疫属于非特异性免疫。当海洋贝类等无脊椎动物遭受微生物感染后会激活细胞和体液免疫反应，涉及外来异物的识别、激活/抑制丝氨酸蛋白酶活性改变的细胞外级联反应、细胞内信号转导、目的基因转录活性改变、激活免疫细胞和效应物反应系统来杀死和清除病原体等生理过程。因此，对贝类免疫的深入研究对渔业的健康发展至关重要[3]。

随着实验技术的进步和实验条件的改善，有关海洋双壳贝类免疫研究的学术论文逐年上涨，传统的文献分析方法并不能很好地梳理学科发展态势。基于CiteSpace的文献计量学分析，可揭示文献信息内的数量特征以及内在规律，将其进一步可视化分析，可以有效减少数据的信息混乱，有利于科学知识的解读和隐性关系的挖掘[4]。因此，有必要对海洋双壳贝类免疫研究发展趋势以及前沿热点进行梳理、总结以及归纳。

1 材料和方法

1.1 数据收集

Web of Science(WOS)数据库是在科学研究中最重要的索引工具之一，本研究以WOS为文献检索平台，选择核心集数据库，检索词设置为TS主题=(immune)OR(immunity)and(marine bivalve OR pearl oyster OR oyster OR scallop OR mussel OR clam)”，检索时间定义为2000—2022年，进行专业检索，选择语种为English，文献类型选择为Article，剔除掉不相关文献、会议类文献，以及重复类文献，最终筛选出WOS数据库文献3094篇，将筛选出的文献分别以全记录与引用的参考文献格式导出，以“download_数字”开头命名的txt格式进行保存和后续分析。

1.2 研究方法

数据分析和可视化在CiteSpcace 6.1.R6软件上进行，通过节点大小与链接、中心性等要素，展示海洋双壳贝类免疫研究趋势。CiteSpace软件运行采用的时间跨度为2000—2022年，time slice设置为1year，选择“Keyword”进行关键突现以及聚类分析，Author进行发文作者分析，“Reference”进行文献共被引分析，“Cited journal”进行期刊共被引分析，年度发文量采用Excel绘制，国家合作网络图采用VOSviewer(https：//www.vosviewer.com)、Gephi和Charticulator(https：//charticulator.com)绘制，发文期刊图例采用WOS平台绘制，根据普莱斯定律公式计算核心作者：

式中，Npmax为发文量最多作者的文章数量；MP为核心作者的最低发文量[5]。

2 结果与分析

2.1 发文量分析

年度发文数量的变化能反映该领域发展现状和趋势[6]，对WOS数据库检索的3094篇文献进行发文量分析可知，在2000—2004年发文量相对平稳，每年发文量不多，处于成长期。从2005年开始发文量逐年增长，呈现一个加速上升的趋势，处于上升期。而在2022年发文量为284篇，为近23年来发文量最高的年份。由图1可以看出，在2000—2022年发文量总体是呈现上升趋势，而发文量的变化也从侧面说明了随着现代研究手段的提升，学者们对海洋双壳贝类免疫进行了更加深入的研究，预测未来发文数量还将会持续的增长，但增速放缓。

2.2 发文作者分析

2.2.1 作者发文量分析

对作者的发文数量进行统计可以分析本研究领域的核心作者群体和合作程度[6]。根据核心作者计算可知，发表论文11篇及以上的为核心作者，通过分析WOS数据库海洋双壳贝类免疫研究发文量前10的作者可知，见表1，有4位作者发文量大于80篇，其中来自大连海洋大学的Song L S教授和Wang L L教授发文量远高于其他作者，发文量分别为244篇和224篇，分别占总发文数比例为7.873%和7.228%，排在第3位、第4位的Zhang H教授和Qiu L M教授，发文量分别为90篇和82篇，分别占总发文数比例为2.904%和2.646%，其都来自于中国科学院海洋研究所。从表1中也可以看到，10位发文作者全都来自于中国，国内大小核心作者群体已经形成，其中以Song L S、Wang L L、Zhang H、Qiu L M等为核心形成的大核心作者群体支撑和引领该领域的发展，这表明近年来我国研究人员在海洋双壳贝类免疫研究上发挥了很重要的作用。

表1 海洋双壳贝类免疫研究发文量前10的作者

2.2.2 发文作者合作分析

节点的大小与每位作者发表的文献数量有关，而节点之间的距离和连接的粗细则表明作者在共同发表论文时的合作程度[6]。通过对图2分析可知，研究者形成了1个较大的团体，以及一部分小团体，而不同研究团队作者之间各自形成一个整体，呈整体独立，部分分散的现象。其中值得关注的是以Song L S、Wang L L、Zhang H、Qiu L M等为中心形成了最大的网络合作，并辐射到周围其他作者，而Song L S等作者群体主要致力于海洋动物分子遗传学、分子免疫学及水产贝类病害防治等研究，其大多数都是来自于大连海洋大学以及中国科学院海洋研究所，说明了大连海洋大学和中国科学院海洋研究所的研究人员在海洋双壳贝类免疫研究上作出了重要的贡献。以Yu Z N、Zhang Y、Xiang Z M等为中心也形成了小团体网络合作，Yu Z N等作者群主要致力于贝类遗传育种学与育种学、分子生物学与基因组学等研究。同样Zhang G F、Huang B Y、Li L等为中心也形成了小团体合作网络，Zhang G F等作者群长期从事海洋贝类资源发掘与可持续利用研究，而合作网络图谱中共形成952个节点，2335条连线，可以看到图谱中节点数量多，连线紧密，这也说明了海洋双壳贝类免疫研究作者团队效应明显，但各团队之间联系强度较低，未来应加强核心作者群体之间的联系，加强国内外核心作者的深入交流与合作。

2.3 关键词分析

2.3.1 关键词突现分析

关键字爆发描述了关键字频率急剧增加时发生的事件[6]。而通过研究突现点的关键词，可以分析出当前此领域的一个研究热点。通过分析关键词突现可知，见表2，总体来看，2000—2022年间，cDNA cloning(cDNA克隆)、scallop Chlamys farreri(栉孔扇贝)、growth(成长)等研究主题呈现的突现度最高。从阶段性成果看，2000—2011年研究主题的关键词主要有nitric oxide(一氧化氮)、Perkinsus marinus(海水派琴虫)、Mytilus edulis(紫贻贝)、mRNA expression(信使RNA表达)、cDNA cloning(cDNA克隆)、purification(纯化)，这一时期学者们开始通过基因表达层面分析病原微生物侵染海洋双壳贝类的研究。2011—2015年研究主题关键词有bacterial challenge(细菌刺激)、scallop Chlamys farreri(栉孔扇贝)、receptor(受体)，这一时期学者们转向海洋双壳贝类固有免疫以及转录组方面的研究。2016—2018年研究主题的关键词有ocean acidification(海洋酸化)、molecular characterization(分子鉴定)、pattern recognition receptor(模式识别受体)、innate immune response(固有免疫应答)，学者们开始着重于各类应激源对海洋双壳贝类固有免疫以及免疫应答方面的研究。而2019—2022年高频突现的关键词有signaling pathway(信号通路)、toxicity(毒性)、evolution(进化)、survival(生存)、Pinctada fucata martensii(马氏珠母贝)、immune(免疫)、oxidative stress(氧化应激)、immunity(免疫力)，研究内容更广泛，学者们的研究转向更为深入的环境应激下海洋双壳贝类分子机制免疫研究。

表2 海洋双壳贝类免疫研究关键词突现分析

2.3.2 关键词聚类分析

通过聚类分析，可以将大量相似的文献归类为若干个聚类单元，这些聚类单元能够客观地反映每个单元的主要内容，而关键词是一篇文献的核心和精华所在，能概述并指出该学科领域的重要研究主题。在CiteSpace关键词聚类分析中，当Q值>0.3，说明划分的聚类结构显著。当S平均轮廓值为0.5，一般认为聚类是合理，如果S值>0.5，聚类有效且高度可信[6]。通过对海洋双壳贝类免疫研究关键词进行聚类分析可知，见图3，Q值=0.7272>0.3，平均轮廓值S=0.8721>0.5，说明聚类分析合理且高度可信。计算不同聚类间的关系，共得到23个聚类族群，选取前10个聚类群体进行分析可得。不同聚类之间相互连接在一起，各聚类之间联系紧密。通过表3可知，聚类程度较高的有#0 c-type lectin(c型凝集素)、#1 bivalve species(双壳类物种)和#2 eastern Canada(加拿大东部)这几类属于成长期的研究主题，研究集中在海洋双壳贝类的免疫和分子鉴定上。其次是#3 superoxider dismutase activity(超氧化物歧化酶活性)、#4 disease susceptibility(疾病的易感性)和#5 nitric oxide production(一氧化氮生成)，这3类聚类数值较小，但同质性接近，均在0.905上下，集中在海洋双壳贝类的各类生物酶及免疫研究。紧随其后的#7 clam Meretrix meretrix(文蛤)和#8 kinase-mediated signalling pathway(激酶介导的信号通路)，聚类数值接近，具有很重要的核心关键词，包括NF-kappa B activation(NF-кB活化)、kinase-mediated signalling pathway(激酶介导的信号通路)，表明其在海洋双壳贝类免疫研究中具有很大的关联性以及重要性，在未来仍然是贝类免疫研究的主要方向。最后是#9 stress-induced neuroendocrine(压力诱导神经内分泌)和#10 major cause(主要原因)，虽然聚类最小，但同质性接近0.98，核心关键词有transcriptome analysis(转录组分析)、stress-induced(应激)、neuroendocrine(神经内分泌)、molecular cloning(分子克隆)，这些研究聚焦在转录组学以及神经内分泌调节上。神经递质类物质包括乙酰胆碱、多巴胺、去甲肾上腺素和儿茶酚胺等，其中，儿茶酚胺是属于去甲肾上腺、肾上腺素和多巴胺组成的一类作为神经递质和激素发挥调节功能的信号物质，被证实参与贝类神经内分泌调节过程[7]。

表3 关键词聚类信息概要

注：左侧柱形条颜色深度从上到下依次为2022—2000年。

注：左侧柱形条颜色深度从上到下依次为2022—2000年。

图5 海洋双壳贝类免疫研究国家合作网络

注：左侧柱形条颜色深度从上到下依次为2022—2000年。

2.4 文献共被引分析

在共被引网络知识图谱中，每个被引用的文献都用一个节点来表示(包括第一作者和出版年份的标签)，其大小取决于该文献的重要性以及表示文献被共同引用频率的节点之间的距离，而对某一学科文献的被引次数进行分析，有助于找到该学科的核心作者和核心文献[6]。

通过对海洋双壳贝类免疫研究文献共被引网络知识图谱分析可知，被引次数最多的是Zhang G F在2012年发表在Nature的文章，共被引次数达到180次，说明该文章在该领域内具有重要影响。Zhang G F[8]等通过构建一种新的Fosmid-文库技术，对太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)4代近交得到的雌性后代进行了基因组学、转录组学的分析，研究发现了与太平洋牡蛎适应与生存相关的8654个特异性基因，涉及细胞凋亡、蛋白结合、免疫及炎症反应、防御及胁迫响应等相关基因，确定了太平洋牡蛎对环境的适应和壳形成的相关基因，揭示了牡蛎存在强大的抗凋亡系统以及自身适应环境的能力。其次是Wang L L在2018年发表在Developmental and Comparative Immunology的文章，共被引次数达到101次，Wang L L[9]等阐述了牡蛎免疫系统的相关研究进展，贝类已具备合成和分泌相关神经递质、激素、关键酶和受体的分子基础，为未来开展贝类神经、内分泌调节免疫反应的免疫调节机制研究提供了思路和方向。而紧随其后的Song L S[10]等综述了扇贝自身免疫系统调控机制的途径以及阐述了其神经内分泌免疫调节系统的一系列策略，为研究其他软体动物的相关免疫调节系统提供了有效的参考和借鉴。而被引较高的共被引文献也反映了海洋双壳贝类免疫研究在内容上紧密关联，具有创新性、系统性、引领性的概括。

中心性是对网络中高度连接节点的识别[6]。中心度最高的是Zhang L L[11](中心性0.22)等通过转录组学技术对太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)进行基因注释，并在太平洋牡蛎遭遇不同病原胁迫时，对免疫相关基因的表达进行分析，证明了牡蛎在正常生长及遭遇不同病原菌和环境胁迫下，先天免疫相关家族基因产生特异性应答。

其它共被引次数较多的文章总结于表4，可以看出上述被引频次较高的文献发表在海洋双壳贝类免疫研究的上升时期，从侧面也反映了海洋双壳贝类领域的知识脉络基础，在海洋双壳贝类免疫研究方向占有举足轻重的地位，从中也可以看出，基因组学、转录组学等研究引领了该领域进入全新的发展阶段。

表4 海洋双壳贝类免疫研究文献前10共被引文献及作者

表5 WOS数据库中海洋双壳贝类免疫研究被引最高的期刊

2.5 发文国家分析

通过分析不同国家或地区的分布和出版物数量等指标，可以了解国家之间合作关系以及该领域的受关注程度和影响程度[6]。通过VOSviewer分析可知，发文量在1篇以上的国家和地区有78个，选取发文量超过13篇的国家和地区进行分析。通过WOS数据库中海洋双壳贝类免疫研究的国家合作网络图分析可知，见图9，图谱共纳入国家及地区30个，发文量超过170篇的国家有5个，其中，中国发文量最高为1454篇，占总发文量的46.91%，排在第1位。法国发文量为377篇，占总发文量的12.165%，排在第2位。美国排在第3位，发文量为316篇，占总发文量的10.196%。意大利、西班牙紧随其后。由图9可以看出，在海洋双壳贝类免疫研究领域，形成了以中国为中心的合作网络，与中国紧密合作的国家有美国、德国、意大利、日本等。而国家与地区之间的合作研究，从侧面也说明了海洋双壳贝类免疫研究在世界范围内受到很大关注。

2.6 发文期刊分析

对某一研究领域的文献发表量进行统计分析，找出该领域的主要期刊，可以帮助人们选择重点期刊[6]。通过对发文量前10的期刊分析可知，发文量超过80篇的有《Fish and Shellfish Immunology》《Developmental and Comparative Immunology》《Aquaculture》《Aquatic Toxicology》等期刊。其中，《Fish and Shellfish Immunology》《Developmental and Comparative Immunology》和《Aquaculture》这3本期刊发文量分别为779篇、233篇和115篇，远远高于其他期刊的发文数量，且其都被分到渔业学科1区。表明海洋双壳贝类免疫研究获得了国际权威期刊杂志的认可，本文预测，这3家期刊未来仍将是海洋双壳贝类免疫研究相关文章发表的主阵地。

2.7 期刊共被引分析

期刊共被引反映的是各类期刊和学科的相关性。通过共被引分析可以得到某一研究领域知识库的分布情况[6]。通过对WOS数据库进行期刊共被引分析可知，共有235种收录期刊被引用，见图11，被引频次最高的期刊是《Fish and Shellfish Immunology》，共被引2499次，其影响因子为4.622。其余被引期刊的被引频次差距不大，无明显断层，其中，影响因子最高的是《Nature》，共被引频次排在第7位，影响因子高达69.504，其次是《Science》，共被引排在第8位，影响因子为63.714。期刊被引结果说明了海洋双壳贝类免疫研究的相关重要文献是整个贝类免疫领域研究内的部分重要内容体现。

3 结论与讨论

本研究通过文献计量学分析的方法，以2000—2022年WOS数据库核心期刊中关于海洋双壳贝类免疫研究文献进行可视化分析，研究发现海洋双壳贝类免疫研究包含以下结论。总的来看，有关海洋双壳贝类免疫研究经历了2个阶段，整体发文量呈现稳步增长趋势；国际上形成了以Song L S、Wang L L等大核心作者群体；来自大连海洋大学的Song L S、Wang L L教授发文数量远高于其他作者；中国、法国、美国及意大利等国家发文数量位居世界前列，而中国学者发文数量远远高于其他国家；《Fish and Shellfish Immunology》《Developmental and Comparative Immunology》《Aquaculture》是研究海洋双壳贝类免疫研究发文量前3的期刊；《Fish and Shellfish Immunology》《Developmental and Comparative Immunology》《Aquaculture》《PLoS One》《Journal of Biological Chemistry》等为共被引前5的期刊；领域研究热点方向主要聚焦于基因功能的研究、比较转录组学等方面。

从研究内容来看，分子生物学实验技术以及转录组测序仍是海洋双壳贝类免疫研究的主要技术手段。近年来，海洋无脊椎动物中已被证实存在有原始的“神经内分泌系统”[12]，而扇贝和牡蛎被发现是研究神经内分泌-低等无脊椎动物免疫调节系统的理想模型[9，10]，早在牡蛎的幼虫个体发育时期，神经递质脑啡肽就参与了免疫调节神经内分泌系统[13]；在环境以及细菌胁迫下，神经内分泌系统被激活，神经递质儿茶酚胺开始参与免疫调节；神经内分泌系统不是独自发挥免疫调节，而是各种神经递质参与介导其他免疫通路共同协同免疫调节反应的过程[14]，其通过影响mRNA表达水平，进而影响相关免疫基因，从而调节免疫的相关酶。研究发现，越来越多的神经递质参与多种调节机制。贝类中的血细胞是参与神经内分泌系统的重要组成部分，各类神经递质、激素、神经肽和细胞因子能通过血细胞作为信使或效应子参与免疫调节、生长发育以及响应环境应激过程[15]。从目前研究内容来看，关于神经内分泌系统的研究集中于贝类在环境因子胁迫下神经递质发挥的作用，但没有涉及到具体的调节机制、信号通路以及调节递质不明确[7]。

从过往的研究也可以看到，加强多个学科相结合研究能帮助人们更好地理解和研究神经内分泌系统，让贝类的免疫防御研究朝纵向深入发展，也能帮助人们了解无脊椎动物神经内分泌系统的起源和进化。预测转录组测序以及基因组功能注释仍然是海洋双壳贝类免疫研究领域的主题方向，而通过研究热点分析也可知，神经内分泌调节免疫有望在将来成为海洋双壳贝类免疫研究领域的下一个热点。随着我国不断深入推进“蓝色粮仓”海洋牧场的建设，作为海水养殖产业占比最大的一部分，通过对贝类免疫的研究，能极大加强对贝类苗种繁育、增养殖以及防御病害的发生提供理论基础和技术指导作用。