基于文獻計量的抗生素耐藥基因(ARGs)傳播研究現狀及熱點分析

張 琴,方亮星,潘 科,廖曉萍

(1.華南農業大學圖書館,廣東 廣州 510642;2.華南農業大學獸醫學院,廣東 廣州 510642)

近年來,由于抗菌藥物長期的不規范使用,細菌耐藥問題已經成為全球公共健康所面臨的重要挑戰。當前,攜帶碳青霉烯酶類耐藥基因blaNDM-1、黏菌素耐藥基因mcr-1等“超級細菌”不斷出現,給臨床上治療細菌性感染性疾病帶來了極大挑戰,因而,耐藥菌及其攜帶的抗生素耐藥基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)的傳播問題引起了人們的高度關注。作為新興環境污染物,ARGs在不同環境介質中的傳播、擴散和持久存在,可能比抗菌藥物本身對環境的危害更大。抗生素耐藥基因是細菌耐藥性形成和傳播的物質基礎,其形成主要有兩種方式,其一是細菌染色體自身發生突變,對抗生素產生耐藥性;其二是細菌通過水平轉移的方式獲得外源性耐藥基因,耐藥基因的水平轉移(Horizontal gene transfer,HGT)是細菌獲得耐藥性的主要方式。當前,國內外已有不少關于抗生素耐藥基因傳播的研究論文,如針對磺胺類[1]、氟喹諾酮類[2]的耐藥基因,針對碳青霉烯酶類的NDM[3]和黏菌素的MCR[4]耐藥基因,或是針對畜禽養殖環境[5]、土壤[6]及其他各種生態環境[7]等不同介質中存在的耐藥基因。然而,耐藥基因尤其是能夠發生水平轉移的高風險的耐藥基因是如何傳播的,我們對此所知甚少。目前,基于全球范圍內的抗生素耐藥基因傳播的研究情況分析還較為缺乏,從整體上考察抗生素耐藥基因傳播的相關研究進展及發展趨勢也較為欠缺,此外,也未見從文獻計量的角度對該領域的主要學術期刊發文規律及變化進行分析。

為了從整體上考察抗生素耐藥基因傳播的相關研究進展,及時把握其發展新態勢,以獲取最有價值的信息,本文以Web of science核心集合TM數據庫為數據源,采用文獻計量學的方法,對2008-2017年間全球有關抗生素耐藥基因傳播研究的總體發文情況、主要研究力量及研究熱點等開展綜合分析,評價相關研究及發展趨勢,以期了解抗生素耐藥基因傳播研究領域的最新發展動態,為科研人員更好地掌握抗生素耐藥基因傳播的研究現狀以及未來的發展方向提供指導。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源 本文數據來自科睿唯安公司(Clarivate Analytics)Web of science產品中的Web of science核心合集TM數據庫。期刊影響因子IF和分區來自Web of science產品自帶的發布于2017年期刊引證報告JCR(Journal citation reports)。對十年間Web of science核心合集TM數據庫所收錄的文獻進行分析,基本可以反映出目前抗生素耐藥基因傳播領域的研究現狀和發展趨勢。檢索式為：[(Antibiotic?and resistan?gene)or ARGs)and(Emergence or dissemination or transfer?or spread or HGT],檢索途徑：主題檢索;時間范圍：2008-2017年。通過對Web of science核心合集TM數據庫進行檢索后,共獲得6 335條檢索結果(檢索時間為2018-4-24)。

1.2 研究方法 本文采用文獻計量的方法對抗生素耐藥基因傳播的研究現狀以及研究熱點趨勢進行分析,并進行可視化處理。通過對論文第一作者、通訊作者分析該領域的主要研究力量;通過高頻關鍵詞及詞頻變化分析、高被引文獻及ESI熱點論文分析該領域的研究熱點,進一步運用Noteexpress、EXCEL、Bibexcel、Ucinet及 Netdraw 等軟件對抗生素耐藥基因研究論文進行統計分析及可視化處理。

2 結果與分析

2.1 文獻總體分析 國內國際的總體發文趨勢：2008-2017年抗生素耐藥基因傳播研究領域的發文數量情況如圖1所示。(1)國際趨勢：2011年之前總體發文較少,2011年以后文獻量持續快速增長;(2)國內文獻也從2011年開始迅速增長。從2010年和2015年這兩個時間點有快速增長點。進入21世紀以來,隨著抗生素耐藥領域研究的深入,學界對于抗生素耐藥基因傳播的研究逐漸重視。尤其在近幾年抗生素耐藥問題日益嚴峻,世界衛生組織以及各國政府高度重視的現狀下,耐藥基因傳播相關領域的研究逐步受到學術界的重視,針對耐藥基因傳播的研究也逐漸增多。因而,該領域的發文量和文獻數量的增長都有大幅度提高。

2.2 主要研究力量分析 對論文作者進行分析可以很好地展現該領域的研究力量整體情況。由于科研問題情況復雜,許多科研論文往往是由多個合作者共同完成。在對研究領域的研究人員進行分析時,第一作者和通訊作者無疑是論文合作者中兩個最重要的作者,對他們進行分析可以很好地體現該研究領域的研究者總體情況。筆者將以第一作者或通訊作者身份發表5篇及以上論文的作者歸為高產作者,共有21位,這21位高產作者(占所有作者總數0.78%)在10年中的論文產出累計為558篇(占論文總數的8.4%)。以第一作者身份發表5篇及以上的作者有14位,其中Gillings,Michael R最多(12篇),供職于澳大利亞麥考瑞大學。并列第2位的有6名作者(各發表6篇),分別是Martinez,JoseL(西班牙國家研究委員會);Poirel,Laurent(巴黎大學);Oteo,Jesus(西班牙卡洛斯三世大學);Juhas,Mario(牛津大學);Carraro,Nicolas(加拿大謝布克大學);Heuer,Holger(德國聯邦栽培植物研究中心)。以通訊作者身份發表5篇論文及以上的有14位,其中Rolain,Jean-Marc最多(29篇),供職于艾克斯-馬賽大學,其次分別是Martinez,Jose L(西班牙國家研究委員會)和Zhang,Tong(香港大學),各16篇。以第一作者或通訊作者發文較多的機構有中國科學院鄉村環境研究所(8篇),美國麻省理工大學(6篇),西班牙的拉里奧哈大學(10篇),尼德蘭烏得勒支醫學院(9篇)和澳大利亞的悉尼大學(9篇)。

圖1 2008-2017年抗生素耐藥基因傳播領域發文數

21位高產作者前后5年論文產出對比見圖2。這21位作者后5年的論文產出(268篇)是前5年的(125篇)2倍多,且后5年較前5年論文產出量減少的作者只有5位,其他16位作者在后5年的論文產出均較前5年增加。由此可見,關于抗生素抗藥基因傳播研究的高產第一作者的科研生產力呈現明顯的上升趨勢。

圖2 高產作者前后5年論文產出量

2.3 主要研究熱點分析

2.3.1 高頻關鍵詞詞頻及可視化分析 高頻關鍵詞是研究領域中出現頻次較高的關鍵詞,其可在很大程度上反映學科發展現狀與研究熱點,但僅此還不能揭示學科領域的內部結構,還需要利用共詞分析法進一步揭示高頻關鍵詞之間的相互關系[8]。通過對高頻關鍵詞的共詞分析可以反映關鍵詞之間的關聯強度,展示學科領域的研究狀況和結構[9]。將本文檢索到的6 335篇抗生素耐藥基因傳播研究的論文導入Bibexcel軟件,并進行高頻關鍵詞詞頻分析。數據顯示,2008-2017年抗生素耐藥基因傳播領域的6 335篇論文共涉及1 001個關鍵詞,關鍵詞出現頻次達12 442次,每個關鍵詞平均出現12.4次。按關鍵詞降序排列,前41個關鍵詞(占總關鍵詞的4.1%)出現頻次超過50,關鍵詞總數達4 799次,平均每個關鍵詞約117次。對這41個頻次大于50次的關鍵詞中多詞同義、單復數、單詞首字母大小寫等現象進行合并,如“Antibiotic resistance”、“Antimicrobial resistance”、“Resistance”、“Drug resistance”,統一合并為“Antibiotic resistance”,經合并后共有30個頻次大于50個關鍵詞。對合并后的30個關鍵詞進行統計分析,可以在某種程度上反映目前抗生素耐藥基因傳播領域的研究核心與熱點,統計結果見表1。

抗生素耐藥基因傳播研究領域涉及最多的關鍵詞除了抗生素耐藥、抗生素和抗生素耐藥基因之外,主要還有大腸桿菌(E.coli)、基因水平轉移(Horizontal gene transfer)、整合子(Integrons、Integron)、質粒(Plasmid、plasmids)、金黃色葡萄球菌等。

為便于了解高頻關鍵詞之間的內在關系,將合并之后的30個關鍵詞,采用Bibexcel軟件進行配對,統計它們的共現頻次,利用Ucinet和Netdraw軟件最終得到高頻關鍵詞共現網絡可視圖,如圖3所示。共出現431個節點。

圖中節點的大小代表關鍵詞出現的頻率高低和與其他方向聯系的緊密程度,通過雙向箭頭表達關鍵詞配對情況。節點之間的連線表示節點之間兩組關鍵詞出現的頻次,連線越密、表明出現頻次越高,代表兩組關鍵詞的關系就越密切[10]。較大節點顯示的關鍵詞,例如、“Multidrug resistance(多重耐藥)”、“Escherichia coli(大腸桿菌)”、”Horizontal gene transfer(基因水平轉移)”、“Plasmid(質粒)”、“Pseudomonas aeruginosa(綠膿桿菌)”、“ESBL(超廣譜β-內酰胺酶)”等即為詞頻較大的關鍵詞,說明這些方向的研究較為頻繁且與其他領域關聯較多;而如“Enterococci(球腸菌)”、“Tetracycline(四環素)”、“Salmonella(沙門菌)”等節點較小且與其他關鍵詞聯系不緊密的詞,代表其研究方向涉及較窄,或者屬于某種特定的研究主題等。

表1 抗生素耐藥基因傳播研究的高頻關鍵詞及詞頻

圖3 抗生素耐藥基因傳播研究的關鍵詞共現網絡可視圖

2.3.2 高頻關鍵詞詞頻變化分析 通過對代表該領域研究熱點的高頻關鍵詞年度詞頻變化情況進行分析,可用來研究該領域研究熱點的變化趨勢。根據呂紅,邱均平等人的方法[11](設關鍵詞詞頻變化率K值=(X-Y)/X,其中X=后5年(2013-2017年)高頻關鍵詞詞頻總數;Y=前5年(2008-2012年)高頻關鍵詞詞頻總數。關鍵詞詞頻變化率K值絕對值越大,表明該關鍵詞代表的研究主題進入(K＞0)或退出(K＜0)研究者重點關注視野的速度越快;K值絕對值越趨于0,表明該關鍵詞代表的研究主題是持續的研究熱點。當K＞0,表明該關鍵詞代表的研究主題逐漸受到研究者的重視,K值越大,表明這些高頻關鍵詞代表的研究主題所受的關注程度越高,這些研究主題往往是目前研究的熱點;當K＜0,表明該關鍵詞代表的研究主題逐漸不受到研究者的重視,K值越小,表明這些高頻關鍵詞代表的研究主題不受關注的程度越高,這些研究主題往往是前幾年的研究熱點,它們在當時給該領域研究產生過重大影響,但未來這些高頻關鍵詞代表的研究主題將不再是抗生素耐藥基因傳播的研究熱點,筆者對表1確定的30個關鍵詞進行詞頻變化率的分析,發現這30個關鍵詞詞頻變化率均大于零,結果見表2,說明這些關鍵詞都是最近幾年的研究熱點。

該研究領域熱點研究的耐藥菌包括鮑曼不動桿菌、肺炎克雷伯菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、沙門菌和銅綠假單胞菌等,其耐藥機制研究主要涉及β-內酰胺酶、超廣譜β-內酰胺酶以及碳青霉烯酶類耐藥基因,而研究熱點的抗菌藥物類別為四環素。多位點序列分型(MLST)與脈沖場凝膠電泳(PFGE)是目前該領域最為常見的運用于細菌分子分型的技術。具體研究內容主要有：多重耐藥、致病性、流行病學、整合子、共轉移、質粒、生物膜、演化、基因水平轉移、可移動基因元件。隨著環境保護和健康意識的提高,耐藥菌和ARGs對水環境造成的污染越來越受到人們的關注,廢水也是該領域熱點研究基質。

表2 前后5年關于抗生素耐藥基因傳播研究的高頻關鍵詞詞頻變化率

2.3.3 文獻被引分析與ESI熱點論文分析 論文被引用次數反映出文章的學術影響力,論文被引用次數越多,表明這些論文在該領域中的影響力越大,這類論文往往在該領域的研究中具有重大發現,或獲得了重要的試驗數據,或篩選到好的試驗條件及方法,或在理論上有重大突破[12]。筆者研究的6 335篇論文被引次數共為126 408次。其中,Kumarasamy,K.K.等人發表的論文[13]被引次數最多,截至2018年4月底,共被引1 320次。該論文調查了印度、巴基斯坦和英國中多重耐藥腸桿菌中NDM-1的檢出率,發現NDM-1大量存在于大腸桿菌和肺炎克雷伯菌中,并且這些菌株除了對替加環素、黏菌素敏感之外,幾乎對其他所有的抗生素都產生耐藥。其中Liu,Yi-Yun等人發表的論文[14]為高被引論文,3年間被引頻次呈指數上升(2015年(2次)、2016年(258次)、2017年(442次)),說明這篇文獻在該領域具有重要的影響力,引起學者的廣泛關注。另外還有一篇第一作者為Davies,Julian的論文[15]的被引頻次也是逐年遞增,見中插彩版圖4。

3 結論

以Web of science核心合集數據庫為基礎,本文分析了2008-2017年間全球范圍內有關抗生素耐藥基因傳播研究的總體發文趨勢、主要研究力量以及研究熱點等。近年來抗生素廣泛使用、甚至濫用引起的細菌耐藥性問題日益嚴峻,使得針對抗生素耐藥基因傳播的研究越來越受到研究者的關注,這也是未來研究的熱點。從總體發文趨勢上看,該領域研究逐漸增多,研究力量不斷增強。以第一作者或通訊作者署名發文量前三位的作者分別是：Rolain,Jean-Marc(艾克斯馬賽大學);Gillings,Michael R(麥考瑞大學);Martinez,Jose L(西班牙國家研究委員會)。

文獻計量學分析結果表明,四環素是目前關于抗生素耐藥基因傳播研究熱點抗生素類別,廢水是熱點研究基質。研究最多的細菌為：鮑曼不動桿菌、肺炎克雷伯菌以及大腸桿菌等。耐藥菌耐藥機制主要涉及β-內酰胺酶、超廣譜β-內酰胺酶以及碳青霉烯酶類耐藥基因。在未來的研究發展趨勢方面,質粒在抗生素耐藥基因傳播中所起的作用、抗生素耐藥性的起源與演化等方向將具有一定的研究價值和發展空間。