基于CiteSpace的肠道菌群知识图谱可视化分析

施可星,纪雨琳,张 霞

(南京中医药大学 人工智能与信息技术学院,江苏 南京 210023)

0 引言

肠道菌群是寄存在人体肠道内的、与宿主共生的、多样的微生物生态系统,在多种生理调节中起作用,且与宿主的健康状况密切相关[1]。保持肠道菌群的数量和比例相对恒定对维持人体内外环境的稳定具有重要作用。科学研究表明,肠道菌群与人体健康密不可分。正常的肠道菌群能维持机体能量代谢的平衡,肠道菌群失调与诸多脏器病变密切相关,可涉及消化性疾病、代谢性疾病、心血管疾病等多种疾病[2]。本文应用CiteSpace 软件将1990—2021年的“肠道菌群”相关文献绘制成知识图谱,直观地展示该领域的研究现状、热点及趋势,为科研工作者提供参考。

1 资料与方法

1.1 数据来源

本文使用中国知网(CNKI)中文数据库,关键词选择“肠道菌群”“肠道微生物”,时间跨度选择1990—2021年,考虑文章的质量,期刊来源选择“SCI来源期刊”“EI来源期刊”“核心期刊”3类。“肠道菌群”关键词的文献量为5 895篇,“肠道微生物”的文献量为2 288篇,共收集文献8 183篇,去除重复文章,最终纳入7 109篇文献进行分析。

1.2 研究方法

在数据准备阶段,将CNKI文献导出为Reforks形式。参数设置中,将时间跨度设定为1990—2021年;Pruning设置选择Pathfinder、Pruning sliced networks以及Purning the merged network进行预测;其余为默认数据。eType中分别选择Author、Institution、Keyword分别对作者、机构和关键词进行逐一分析。

2 结果与分析

在知识图谱中,圆点代表关键词,圆点大小代表关键词出现次数的多少,圆点之间连线的宽度代表节点(关键词)之间的共现次数[3],两个词出现在同一篇文献的次数越多,宽度越宽。网络密度是用来衡量网络中节点之间联系程度的指标,密度越高,表明节点之间的联系越紧密。中介中心度是衡量每个节点在网络信息交流能力方面的重要性指标。

2.1 作者合作网络可视化分析

通过构建研究学者共现图谱进行网络可视化分析。文献作者数(节点数N)为724,连线数E为1 045,网络密度D为0.000 4。其中,发文量按序前3学者分别为赵建新(173篇)、陈卫(127篇)、张灏(115篇),3位作者合作密切,与其他一些学者构成此领域研究的大团队。作者共现图如图1所示。

图1 作者共现图谱

2.2 研发机构可视化分析

对文献研究机构进行可视化分析,中文文献机构共现如图2所示。图谱中503个机构(节点),277条连线,网络密度为0.002 2,其中,“江南大学食品学院”“中国科学院大学”“湖南中医药大学”“华南农业大学食品学院”4所机构发文量超过200篇。

图2 文献机构共现图谱

2.3 关键词可视化分析

2.3.1 关键词共现分析

中文文献得出关键词691个(节点数),连线845条,网络密度为0.003 5,频次前5的关键词如表1所示。其中“肠道菌群”以7 040次为频次最多关键词,高频词还有“肥胖”“益生菌”等,关键词中介中间度最高的是“生长性能”。

表1 频次前5的关键词

2.3.2 关键词聚类分析

基于关键词共现分析的结果,可以进一步对这些关键词进行聚类分析。一般使用轮廓系数判断一个聚类中关键词的紧密程度,当值大于0.5时,表明聚类是合理的;而当值大于0.7时,聚类高效且令人信服。关键词聚类后共获得55个类别,选取前8个聚类关键词如表2所示,下文将对部分关键词聚类进行分析。

表2 聚类关键词分布

(1)肠道菌群有助于治疗特定疾病。聚类3体现肠道菌群与肝性脑病、肝硬化等疾病有着密切关联。李变玲等[4]研究得到代谢产物通过肠-脑轴双向通路在肝病发展中起着至关重要的作用,通过在微生态方面的研究证实肠道菌群与胆汁酸作用引发一系列变化,导致神经功能障碍引起肝性脑病。聚类1说明肠道菌群失衡与乳糜泻之间存在关联性。乳糜泻本身是一种自身免疫性肠道疾病,研究发现,携带变异基因的新生儿肠道内双歧杆菌属明显减少[5]。

(2)肠道菌群促进生长发育。聚类4和6体现肠道菌群在促进生长发育方面起着重要作用。在养殖凡纳滨对虾时,肠道菌群是评估其健康状况的重要标志之一;肠道菌群在鸡的消化道中各个部位都承担着独特的功能和作用。聚类0中显示,研究人员利用基于16 s rDNA的DGG图谱技术对DNA的基因序列进行克隆,但肠道菌群受宿主因素影响较大,不同地区、不同宿主体内的肠道菌群差异可能较大,宿主的生长发育情况也不同。

(3)肠道菌群可以调节健康状态。聚类5体现肠道菌群与腹泻、过敏等有着密切关联[6]。肠道微生物群落失调可能导致腹泻等健康问题,当前治疗这类疾病的研究主要集中在益生菌方面,适当使用益生菌可能对宿主有益处。当外界因素干扰人体内的肠道微生物群落时,肠道菌群的种类和数量可能发生变化,这会导致机体对某些正常抗原的免疫耐受度降低,从而引发过敏反应。

2.3.3 关键词突现分析

关键词突现分析是利用已知关键词频数间的数理关系反映不同年份期该领域的热点话题,知道一个领域哪些关键技术在哪个时间段成为热点。对纳入文献进行关键词突现分析,1990—2021年间一共有53个爆发性关键词,按照爆发强度从高到低排列的前6个关键词突现如表3所示。在20世纪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。肠道菌群的研究中“肉仔鸡”突现,中医认为仔鸡全身皆可入药,乳酸杆菌有较强的分解碳水化合物的作用,能够帮助人体促进消化。近几年,研究多为肠道菌群对特定群体或“帕金森病”等特定疾病的治疗作用。

表3 关键词突现分析

3 对策和建议

肠道菌群的多样性、稳定性是健康的重要指标,目前,人们对自身健康问题的关注度日渐增长,肠道菌群相关研究逐年火热,但仍有一些待加强的方面。

3.1 加大作者和机构之间的合作

通过对作者发文数量以及合作关系的分析,发现已经初步形成以赵建新、陈卫等为核心的作者合作网络。通过对研究机构的分析,发现研究机构集中在江南大学食品学院、中国科学院大学、湖南中医药大学和华南农业大学食品学院4所院校。江南大学食品学院发文量最多,主要针对乳酸菌进行性状和功效的全方位研究,中国科学院大学、湖南中医药大学和华南农业大学食品学院紧随其后,但4所机构之间并没有过多合作,其他发文量较少机构之间的合作更少。肠道菌群领域的科研需加强作者团队和研究机构的合作交流,通过项目合作,为各单位提供更多的资源和支持;帮助解决更大规模和更复杂的问题;促进交流和知识共享;带来跨学科的视角和创新,共建合作网络,共同推动在肠道菌群研究领域取得突破性进展。

3.2 重视肠道菌群与人体健康的关联研究

通过对关键词共现分析,发现文献深入探究了肠道菌群的组成、结构和功能,与人体健康之间的关系。就关键词频次来看,“肠道菌群”“益生菌”“生长性能”“肥胖”“多糖”出现的文献数较多,说明此类研究更普遍,如肠道菌群与生长性能、肥胖的关系等。通过肠道菌群与特定疾病之间的关联研究,阐明肠道菌群治疗特定疾病的发病机制,开发出更有效的疾病预防策略和治疗方法,为新型药物的开发提供新的思路,让肠道菌群守护人类的健康。

3.3 打通高校院所、医疗卫生机构和企业的壁垒

赵建新、陈卫、张灏3位学者团队主要研究肠道菌群和植物乳杆菌之间的相互作用,研究主要基于实验得出理论结果,使理论证据更有保障支持临床研究;而刘斌团队则侧重其临床研究,注重将理论结果实践化。通过团队合作交流,可以推动理论到实践的转变。肠道菌群的研究需要打通高校院所、医疗卫生机构和企业等单位的壁垒,注重整合内外部资源,例如整合针对某种疾病的专科联盟、医联体、医疗集团和第三方机构资源,打通阻碍科技成果转化的堵点。

4 结语

借助CiteSpace可视化工具,本文通过对近30年的文献进行知识图谱可视化总结与分析,发现研究团队合作微弱,机构力量分散,地域分布特征明显;研究主题集中在菌群多样性、重点菌种、双歧杆菌以及与疾病关系等方面。当前,肠道菌群相关研究挑战和机遇并存,对肠道菌群相关研究亟须高校院所、医疗卫生机构和企业等单位密切合作,畅通技术、资本、人才等要素流通渠道,实现肠道菌群领域研究的重大突破,为人类健康带来更大的福祉。