2008—2017年誘導多能干細胞進展熱點可視化分析

陳媛媛，黃永增，蔡曉珍，李少婷，林東杰

誘導多能干細胞(induced pluripotent stem cells，iPSC)最初是2006年由日本科學家山中伸彌利用病毒載體將4個轉錄因子的組合轉入分化的體細胞中，使其重編程而得到的類似胚胎干細胞的一種細胞類型[1]。IPSC作為干細胞產業大軍中的一員，近年來在心血管疾病、神經系統疾病和眼科疾病等領域均取得了重要進展，成為研究熱點之一[2-4]。作者從可視化角度，依據社會網絡分析的原理，探討2008～2017年iPSC方面科技論文產出及分布情況，總結iPSC的發展熱點及應用前景。

1 資料與方法

以“induced pluripotent stem cells” OR “induced pluripotent stem cell” OR IPSC OR IPSCS檢索式，對美國《科學引文索引》(Science Citation Index,SCI)數據庫2008年1月1日—2017年12月31日文獻進行檢索。共檢出文獻6 343篇，統計分析文獻發表的年代、期刊來源、發文機構、基金資助、關鍵詞，生成可視化山丘圖和研究聚類樹狀圖，進行研究熱點分析。

2 結果

2.1 年代分布 2008—2017年10年間iPSC領域國際總發文量處于高速增長態勢，至2015年后發展速度減緩，而我國發文量處于上升趨勢，且所占比重有所增加，但國際占比不高(圖1)。

圖1 2008～2017年國際與我國SCI收錄iPSC文獻對比圖

2.2 國家分布 圖2可見2008—2017年iPSC領域科技論文國家分布情況，位于前3位的國家為美國(2 629篇，41.45%)、日本(1 062篇，16.74%)、中國(906篇，14.28%)，3國發文量占總量的72.47%，處于核心發文國家地位。

圖2 2008—2017年SCI收錄iPSC領域科技論文國家分布

2.3 機構分布 表1列出2008～2017年iPSC領域科技論文發文量前10名機構，其中美國7個、日本2個、中國1個，排名前3位的機構為UNIVERSITY OF CALIFORNIA SYSTEM(397篇，6.26%)、KYOTO UNIVERSITY (315篇，4.97%)、HARVARD UNIVERSITY(282篇，4.45%)，我國僅有中國科學院在榜單之列(155篇，2.44%)。

表1 2008—2017年SCI收錄iPSC領域科技論文量前10名機構

2.4 期刊分布 2008—2017年iPSC領域發文量前10名期刊見表2，10本期刊累計發文量26.45%，成為iPSC領域主要的發文期刊，而對iPSC報道居于前三位的有PLOSONE、STEMCELLRESEARCH、CIRCULATION。

表2 2008—2017年SCI收錄iPSC領域發文量前10名期刊

2.5 基金分布 共4 971篇(78.37%)獲得基金支持。2008～2017年iPSC領域科技論文基金分布情況見表3，其中美國國立衛生研究院資助基金(707篇，11.15%)、中國國家自然科學基金(273篇，4.30%)、加利福尼亞再生醫學研究所(131篇，2.07%)位列前3名，基金資助項目也主要來自美國、中國、日本等國各級基金的支持。

2.6 高頻關鍵詞分布 參照H指數[5]定義，對2008～2017年出現的高頻關鍵詞利用Bicomb軟件處理生成的矩陣導入gCLUTO軟件，生成可視化山丘圖(圖3)。高頻關鍵詞統計分析是對序號為26，出現頻次大于等于27，累計頻次為29.78%的關鍵詞進行。

表3 2008—2017年SCI收錄iPSC領域基金資助情況

圖3 基于gCLUTO有關iPSC研究文獻高頻關鍵詞聚類山丘圖

從圖3中可以看到，有5個山丘形狀，聚類呈現清晰，分別代表高頻詞篇聚類后產生的5種類別。數字1代表的是相似度大且文獻集中的一類，山頂的紅色表明關鍵詞相似度差別小；數字0,2,3山頂顏色略微有點差異，高度相似，山頂顏色接近綠色，表明關鍵詞相似度處于中間位置；數字4山頂顏色是藍色，說明文獻相似度最低。0值由白色來表示，1值用紅色來表示，生成圖片(圖4)。

圖4 基于gCLUTO有關iPSC研究文獻高頻關鍵詞聚類樹狀圖

經過對可視化山丘圖與可視化矩陣的聚類結果相匹配，將2008～2017年iPSC方面的文獻進行分析、歸納和概括，總結近10年iPSC的研究熱點，具體分布情況見表4。

表4 2008—2017年SCI收錄iPSC領域研究熱點

3 討論

SCI是由美國科學信息研究所創辦出版的引文數據庫，是國際公認的進行科學統計與科學評價的主要檢索工具之一，常被科研機構、高校等單位引入作為重要評價指標，該指標客觀、公正、缺少人為干預[6]。

科技的發展大致經歷萌芽期、發展期、成熟期、衰退期4個階段，遵循普萊斯指數的規律，iPSC的發展也不例外[7]。IPSC在國際上的研究已經處于較成熟階段，發表文獻量和發展速度已經進入緩慢發展階段，而iPSC在我國的研究正處于上升階段，無論是文獻量還是發展速度都呈現快速發展的趨勢。美國、日本、中國發文量占總發文量72.47%，已經超過了總量的一半以上。日本科學家率先發現了iPSC，所以iPSC在日本得到了長足的發展；美國擁有大量的研究機構與頂級的期刊，干細胞研究一直處于領先地位，iPSC的研究擁有強大的基礎與后盾；我國對于iPSC的研究雖然起步較晚，但表現出強勁的發展勢頭，在國際上占據的比例逐年增大，iPSC的研究需要大量科研經費的投入，存在投入與產出不成正比的問題，因此研究多集中在高?；蛘哐芯吭?。

科技的發展離不開資金的投入，大量而充足的資金投入能夠推動科技的發展，同時提供穩定的保障[8]。在眾多iPSC的研究中，78.37%的文獻受到了各個國家數百項的基金支持，主要有美國國立衛生研究院資助基金、中國國家自然科學基金、加利福尼亞再生醫學研究所基金。近年來，iPSC研究的相關文獻產出率隨著各國研究資金的投入而呈現增長的趨勢，隨之在臨床上的運用也逐漸開展。

根據以上分析的結果，對近10年iPSC發展熱點進行歸納和總結。

3.1 基礎研究

3.1.1 體細胞重編程為具有胚胎干細胞特性的iPSC IPSC是對成熟細胞重編程得到的，和胚胎干細胞一樣具備分化成多種細胞的潛力，可用于修復受損的組織和器官[9]。重編程是一個復雜的過程，除受細胞內因子調控外還受細胞外信號通路的調控。iPSC與胚胎干細胞相似，克隆邊界清楚、細胞核質比高，能無限增殖并維持不分化狀態，具備向3個胚層分化的潛能，但在染色體畸變、拷貝數變異、表觀遺傳水平等方面存在差異。

3.1.2 MicroRNAs在iPSC中的表達 MicroRNA是一類分布廣泛、進化上高度保守的小分子非編碼RNA，長度約為22個核苷酸，具有轉錄后調控基因表達的功能。以microRNA導入的方式，通過媒介的方式避免了可能的整合和時間消耗，可以保證iPSC無外來整合。研究表明microRNA可獨立完成重編程過程，microRNA和信號傳導通路抑制劑的使用為重編程提供了一個不依賴病毒和轉錄因子的新方法[10]。

3.2 IPSC在神經損傷領域的應用

3.2.1 IPSC在腦卒中中的應用 腦卒中俗稱中風，是因腦部血管突然破裂或血管阻塞導致血液不能流入大腦而引起腦組織損傷的一種急性腦血管疾病。由于iPSC具有高致瘤性和低存活率，需要先分化為神經干細胞才能發揮其作用。目前有多種方法可在體外成功將iPSC誘導為神經干細胞，研究證實在iPSC分化為神經干細胞再進行移植效果優于直接使用iPSC，當神經細胞受損時，移植的神經干細胞受微環境作用向病灶處遷移、增殖、分化，進行修復[11]。

3.2.2 IPSC在帕金森病治療中的應用 帕金森病是中老年常見的中樞神經系統變性疾病，主要臨床表現為肌強直、運動遲緩、靜止性震顫及姿勢步態異常等。其根本原因是中腦多巴胺神經元凋亡。利用iPSC技術將帕金森病患者的體細胞編程為iPSC，誘導分化形成多巴胺能神經元，提供自體來源的巴胺能神經元，在一定程度上減輕帕金森病的癥狀[12]。

3.3 IPSC向血管內皮祖細胞分化 心血管疾病對人類健康具有極大的威脅，內皮細胞分化在血管生成的過程、胚胎發育和出生后心血管疾病的發展中起關鍵作用,從干或祖細胞分化來源的內皮細胞可以應用于血管損傷、中風、冠狀動脈心臟疾病和急性心肌梗死等各種心腦血管疾病的細胞療法中。IPSC分化為血管內皮細胞提供了一種新的細胞來源，但是如何獲得大量優質的血管內皮細胞成為亟待進一步探索的問題[13]。

目前針對iPSC的研究大多在疾病建模、細胞移植、臨床試驗領域，iPSC局部應用可引起全身反應，致瘤性、遺傳缺陷等都是需要繼續探討的因素[14]，因此，iPSC真正用于臨床方面治療還有很長的探索過程，隨著對iPSC認識和探索不斷深入，未來其用于臨床治療指日可待。