肥胖与肠道菌群相关性的研究热点、前沿和演变路径可视化分析

作者:查重猫     发表时间:2021-03-16 22:46:09   浏览次数:30



  摘要:目的了解肥胖与肠道菌群相关性文献的科研合作网络特征、研究热点和前沿及其演变历史等,为后续研究提供参考依据。方法以“obesity”和“gutmicrobiota”为主题词,基于WebofScience数据库的检索结果,利用VOSviewer和CiteSpace软件对国际肥胖与肠道菌群类研究领域文献进行计量学和可视化分析。结果共检索到3248篇文献,研究者发文最多的是比利时的Cani(72篇),中国上海的赵立平(30篇)位居第五位;机构以丹麦的哥本哈根大学发文最多(100篇),中国上海交通大学(78篇)和中国科学院(76篇)分别居第三和第四位;中国国家自然科学基金资助最多(495篇),发文量前3位的国家/地区依次为美国、中国、法国。研究热点有短期饮食限制与肠道菌群的关系等,研究前沿与演变路径包括脂肪组织、胰高血糖素、共生细菌、微生物菌群、DNA提取物、细菌科、共生菌群等的研究。结论自2010年开始,该领域发文量和被引频次均呈明显上升趋势,学科发展较好的国家有美国、中国、法国等,本研究结果客观而真实地展示了该领域研究热点及前沿内容,对其演变历史和发展趋势进行分析,可为后续研究发挥指导和借鉴作用。

  关键词:肥胖;肠道菌群;文献计量学;科学网;文献空间分析

  近年来,肥胖人群数量增长迅速,可能与遗传因素、环境因素、生活习惯和肠道菌群失调相关,除了不规律饮食、长期高热量饮食(高脂肪、高蛋白、高糖)会诱发肥胖外,其还存在个体代谢与遗传学差异,例如:高脂饮食影响人体肠道菌群结构和功能,而肠道菌群能参与调节脂代谢、碳水化合物代谢等维持肠道微生态平衡,与肥胖及肥胖抵抗之间关系密切[1-3]。肠道菌群属于复杂的生态系统,作用于宿主的代谢途径及较多生理功能,可引起糖耐量异常、胰岛素抵抗、2型糖尿病、慢性肾病、心血管疾病等,严重影响人群的生活质量,故肠道菌群与肥胖的关系越来越被学者们所重视[4-5]。为进一步明确该领域的研究现状、热点、前沿及演变历史,本研究拟将复杂的相关文献数据转化为直接、客观、真实的可视化科学知识图谱进行分析,期望能为后续相关研究提供参考依据。

  1材料与方法

  选择美国ISIWebofScience数据库(http://apps.webofknowledge.com),以“obesity”和“gutmicrobiota”为主题词,仅选择Article文献,时间为1900-2019年,检索日期为2019年11月4日,余全部为文献检索系统默认参数,文献收集和剔除标准及保存方法见文献[6-9]。将收集到的3248篇文献数据,分别导入可视化分析软件CiteSpace5.5.R2和VOSviewer1.6.12.0中,按照软件操作手册绘制微观的作者、中观的机构、宏观的国家/地区科研合作网络科学知识图谱,同时绘制高频主题词聚类科学知识图谱和文献耦合及共被引等方面的科学知识图谱,并结合专家意见进行分析和讨论。

  2结果

  2.1发文时间和被引用情况共入选3248篇文献,发文时间和被引用情况见图1。由Bckhed等[10]于2004年发表在《美国科学学院学报》(ProcNatlAcadSciUSA)的“Thegutmicrobiotaasanenvironmentalfactorthatregulatesfatstorage”指出肠道微生物群落(微生物群)对于加工膳食多糖至关重要,会影响饮食中能量收集和宿主体内能量存储;自2010年开始,发文量和被引频次均呈明显上升趋势。另外,该组文献共被引136027次,H指数154,篇均被引41.88次。

  2.2科研合作网络

  2.2.1作者合作网络2004-2019年肥胖与肠道菌群相关性研究领域发文量前5位作者有比利时的Cani(72篇,中介中心性0.10)与Delzenne(52篇,中介中心性0.03)、美国的Bckhed(36篇,中介中心性0.08)、加拿大的Reimer(33篇,中介中心性0.00)和中国上海交通大学生命科学技术学院的赵立平(30篇,中介中心性0.01)。通过CiteSpace5.5.R2软件绘制作者合作网络图谱,每个节点大小与对应作者发文数量相关,节点间连线数量越多代表对应作者间合作越密切,继续用关键词进行聚类命名,提示各作者所在研究团队主要研究方向略有不同,我国学者的活跃度尚有广泛提升空间。见图2。

  2.2.2机构合作网络2004-2019年肥胖与肠道菌群相关性研究领域发文量≥50篇的机构有5家,以丹麦的哥本哈根大学最多(100篇,中介中心性0.31),后续依次为比利时的天主教鲁汶大学(82篇,中介中心性0.21),中国的上海交通大学(78篇,中介中心性0.13)和中国科学院(76篇,中介中心性0.16),瑞典的哥德堡大学(55篇,中介中心性0.05)。通过VOSviewer1.6.12.0软件绘制机构合作网络图谱(图3),发现发文量≥10篇的机构有157家,由图3推测中国和欧洲的研究机构发文量较多,网络位置也提示其在该领域具有学术带头作用。另外,从图3中的节点连线情况可推测发文量较大机构内部合作相对密切,机构间的合作尚有提升空间。

  2.2.3国家/地区合作网络该组论文所涉及研究内容受中国国家自然科学基金资助最多(495篇),基金资助100篇以上的还有美国健康和人类服务部(466篇)、美国国立卫生研究院(464篇)和欧洲联盟(119篇)。通过VOSviewer1.6.12.0软件绘制国家/地区合作网络图谱(图4),图中总节点分别代表合作超过5次的47个国家/地区名称,中国、德国、美国、英国、韩国、法国处于网络核心位置,发文量超过100篇的国家/地区依次为美国、中国、法国、西班牙、加拿大、英国、日本、德国、意大利、荷兰、韩国、比利时、丹麦、瑞典和巴西,中国在该领域的学术引领作用建设工作值得关注。

  2.3关键词研究热点内容以关键词共现为切入点,运用VOSviewer1.6.12.0软件绘制关键词热度聚类的科学知识图谱(图5),研究热度最高的是红色区域的关键词涉及的研究内容,后续依次为黄色、绿色、蓝色区域关键词涉及的研究内容。用CiteSpace5.5.R2软件绘制的关键词突增图谱(图6),由图6可知2008-2010年时出现较多研究热点,且部分研究热点持续时间较长。

  2.4研究前沿内容学科领域文献共被引频次和链接强度(中介中心性)靠前的文献可代表该领域的前沿研究内容,故本研究通过VOSviewer1.6.12.0软件绘制该领域参考文献耦合和共引的科学知识图谱(图7、图8)来探讨其研究前沿。由图7可知,3248条论文耦合成9个聚类群,计256个节点的文献耦合关系。由图8可知有238个节点对应的文献被引频次大于等于50次,聚成5类。结合以上内容可知肥胖与肠道菌群相关性的基因组及治疗疾病方面为本领域的前沿研究内容。

  2.5演变路径和发展趋势通过CiteSpace5.5.R2软件绘制参考文献共被引聚类科学知识图谱,以关键词对其进行聚类(图9),图9中节点颜色代表各自的聚类群组,由暖色到冷色代表研究内容由热门到冷门的发展规律;由共被引文献时间线图(图10)可知该领域研究内容呈逐级递进关系,部分研究主题具有一定的相关性,图11真实地展示了该领域研究内容随着时间进展的演变路径,自2007-2008年开始研究热度突然增加,但是持续时间长短不一。

  3讨论

  人胃肠道有近一万亿个微生物,这些肠道微生物是人类生理和代谢的组成部分,与肥胖症和炎性肠病等密切相关,调节肠道细菌群落治疗疾病策略具有一定的前景和局限性[11-13]。为进一步明确肥胖与肠道菌群的关系及其国际上最新研究的现状,现结合本研究结果分析如下。

  3.1文献及科研合作网络特征从发文特征来看,该领域首篇文献见于2004年,至2009年时的年发文量仅有24篇,自2010年开始发文量出现明显增加趋势,被引总频次的发展趋势与之相符合,提示该领域越来越受到学者们的关注和重视。从科研合作网络来看,欧美地区的作者和中国的学者比较活跃,尤其是大学里设置的研究机构成绩比较突出,上海交通大学和中国科学院在该领域具有重要的学术引领地位,但是机构之间、国家/地区之间的科研合作深度和广度还有提升空间,这也是未来科研迅速发展的必然趋势。

  3.2研究热点、前沿及演变路径特征

  3.2.1研究热点分析本研究结果显示该领域研究热点和前沿内容既有重复,又存在不同之处。图6中红色区域关键词涉及的研究内容为该领域的研究热点,而且节点名称字体越大,其涉及内容的研究热度越高。最新典型代表性研究有:老年小鼠短期饮食限制可恢复已经失调的老年肠道菌群,这可能有助于老年人群衰老相关疾病的治疗[14];高脂饮食通过尿酸依赖性机制导致葡萄糖代谢异常和心脏组织损害,而丁酸通过尿酸抑制和增强谷胱甘肽抗氧化剂防御作用来预防高脂饮食诱导的心脏代谢紊乱,从而参与肥胖发生发展机制[15];用植物提取物(例如益生元)进行为期2周的处理会影响营养不良小鼠肠道菌群,还能改变盲肠代谢组和脂质代谢标志物[16];使用口服非胶囊化或胶囊化益生菌补充剂可改善肥胖相关的代谢异常[17];饲喂不含芳基烃受体饮食配体在塑造肠道菌群的组成和正常功能方面具有重要作用[18]。另外,图5中黄色区域的关键词研究热度仅次于红色区域,但高于绿色区域,蓝色区域最低,但是该3个区域也可能存在未来潜在的研究热点。

  3.2.2前沿及演变路径分析由图9可知该领域研究前沿内容包括7点,其聚类号越小,聚类群中涉及的研究内容越新,由图10的聚类标题和图11的突增文献推测该领域研究内容的演变路径由近到远发展趋势如下。

  聚类0为脂肪组织的研究。最新代表性研究:蔓越莓提取物通过改善高脂/高蔗糖饮食引起的代谢综合征特征发挥促进代谢作用,但是与阿克曼菌比例增加有关[19];在富含饱和脂质饮食中,肠道菌群可通过TLR信号加重代谢炎症[20],故认为饮食脂质引起的白色脂肪组织中的炎症可能部分取决于它们与肠道菌群的相互作用,饮食中的脂质可能会影响循环中的炎性微生物因子的含量,从而与肥胖等代谢性疾病相关。

  新代表性研究:1%康科德葡萄多酚显著提高黏液阿克菌的生长力,并降低了厚壁菌门与拟杆菌门的比例,具有降低肠道和全身炎症及改善代谢作用,故认为饮食中的多酚可能在肠道菌群吸收不良时提供了缺失的环节,从而发挥着预防饮食引起的肥胖和代谢性疾病作用[21]。

  聚类2为共生细菌的研究。最新代表性研究:饮食和肠道菌群可能是许多人类疾病的基础,共生细菌的主要代谢产物是源自膳食纤维发酵的短链脂肪酸(SCFA),SCFA和代谢物受体可以解释膳食纤维对健康的益处,以及代谢物信号通过肠道稳态途径提供营养[22]。

  聚类3为微生物菌群的研究。最新代表性研究:肥胖或代谢紊乱患者接受摄入营养物质或治疗剂时,其肠道菌群相对物种丰度和代谢特征会发生显著变化,在人类和动物模型中进行微生物群落对照研究,可鉴定微生物群的有效治疗靶标[23];丁酸具有抗肥胖作用,通过降低胰岛素抵抗和改善血脂异常发挥作用,因此不宜使用可能抵消丁酸有益作用的非营养性甜味剂[24],肥胖与肠道菌群及其代谢产物变化有关,肠道微生物调节代谢功能和能量平衡,微生物生态学改变导致肥胖等代谢性疾病的发生发展。

  聚类4为DNA提取物的研究。最新代表性研究:糖皮质激素肽(GMP)是一种64氨基酸(AA)的糖磷酸肽,也是一种益生元,具有减少脱硫弧菌,增加SCFA和降低炎症指数的作用,可用于苯丙酮尿症(PKU)、肥胖症和炎症性肠病(IBD)的营养管理,在喂食GMP的小鼠中,γ干扰素(IFN-γ)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素(IL)-1和IL-2的血浆浓度降低,用GMP制成的功能性食品可能对控制PKU、肥胖症和IBD有益[25]。

  聚类5为细菌科的研究。最新代表性研究:人体粪便样本中肠道微生物组分子表征与年龄、疾病、饮食和其他人类特征相关,污水可代表人类粪便微生物群落,反映人类微生物组种群水平特征,具有阐明与人口统计学相关的微生物组模式的潜力[26]。

  聚类6为共生菌群的研究。最新代表性研究:共生菌群失调与人类和动物模型的肥胖症、过敏性疾病等发病机制有关,可作为营养不良性疾病潜在的治疗方法[27];健康人类肠道内有多达1014个细菌,属于500多个不同物种,形成了一种微生物群,肠道中的炎症性免疫反应(IBD和病原体)可以改变肠道内腔的环境,从而发生营养不良,肠细菌繁殖在这种致病性进化中具有主要作用[28]。

  综上,本研究结果客观而真实地展示了该领域前沿内容,有助于掌握其特征、演变历史和发展趋势等,这对于后续研究具有重要的指导和借鉴意义。虽然WebofScience数据平台发表的肥胖与肠道菌群相关性的研究在一定程度代表了该领域的国际最高研究水平,但是中文数据库、其他语种数据库该领域相关研究也具有重要的学术地位,本研究因为条件所限,未能对该领域全部相关文献进行可视化分析,研究结果可能会产生偏倚,但不影响结论的可靠性,即此研究结果可作为后续研究的参考依据。——论文作者:王丛霞1,孙洪芳1,张亚妮2

  相关期刊推荐:《中国微生态学杂志》主要刊登有关国内外人体微生态学、动植物微生态学及分子水平的微生态学等各领域的基础研究、应用研究、发展动态、成果和技术方法,包括生态制品(人用、兽用、水产、环境等)的研究、正常微生物群与微环境的平衡关系以及微生态失调造成疾病的防治研究、实验室技术等,以及促进微生态学与生命科学各学科相关领域的学术交流。

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