近20年穿心莲内酯研究的知识图谱分析*

袁果真，贾秋蕾，石晶晶，石树青，许荣荣，胡元会

（1.中国中医科学院广安门医院，北京 100053；2.陕西中医药大学，陕西 咸阳 712000）

穿心莲内酯（andrographolide）是从爵床科草本植物穿心莲[Andrographis panicultata(Burm.f.)Nees]全草或叶中提取的一种二萜内酯类化合物，为穿心莲的主要活性成分。现代药理学研究表明，除了抗菌、抗病毒活性外，穿心莲内酯具有调节免疫、抗肿瘤、心血管保护、抗肥胖、抗糖尿病、神经保护、促进骨骼肌再生等作用[1-3]。穿心莲内酯及其衍生物制剂也在临床中得到了一定范围的应用。然而，国内外研究穿心莲内酯的相关文献并不丰富，分布也相对零散，使广大有意于穿心莲内酯研究和开发的医学工作者和药物研发人员不能对穿心莲内酯在国际上的研究现状与趋势有一个全面直观的认识。因此，本研究利用科学知识图谱生成工具CiteSpace，对近20年收录于Web of Science（WoS）核心数据库和化学索引数据库的以穿心莲内酯为研究主题的文献进行可视化分析，以期为了解穿心莲内酯的研究和应用现状提供更为系统直观的认识，进而为穿心莲内酯的药用开发与临床应用提供参考。

1 资料与方法

1.1 数据来源 研究数据均来源于Web of Science（WoS）数据库（http://apps.webofknowledge.com），检索策略为主题检索TS=“Andrographolide”，其他条件设置为“语种：English”；时间跨度：2001—2020年；索引数据库：WoS Core Collection，Current Chemical Reactions,Index Chemicus。根据Web of Science自带的文献分类标签，排除了会议摘要、会议论文、讨论和注释等不完整或未正式出版的文献，以及书评等非期刊论文和勘误、重印等重复文献，最终共获得1 184条结果。然后将这些文献的相关信息，包括作者、标题、摘要和被引用的参考文献等以纯文本的格式导出，最后将全部的文本名称修改为“download_****.txt”，导入CiteSpace 5.7.R2进行文献计量和可视化分析。

1.2 研究方法 将WoS数据下载的文献数据导入CiteSpace 5.7.R2后，首先进行去重处理。运行去重程序后可知，本研究所纳入文献无重复，可直接使用原始数据进行后续分析。CiteSpace支持对来自WoS的大量科学文献的各种网络进行结构和时间分析，包括引用文献的国家、机构和作者的合作网络，以及术语、关键词和学科类别的共现网络，还有参考文献及其作者和来源期刊的共被引网络，以帮助确定快速增长的主题领域，发现出版物领域中的引用热点，将复杂网络分解为集群，使用引用文章中的术语自动标记集群等[4-5]。分析结果以可视化图谱的形式展示，图中的节点表示分析的项目，该对象出现频数（或被引频数）越多，节点就越大。节点内圈中的颜色及厚薄度表示不同时间段出现（或被引）频数。节点之间的连线则表示节点间的共现或共引关系，线条越粗，表明共现（或共引）的强度越高。在生成的网络图谱中，节点的数量表示为N,节点间连线的数量表示为E，而网络中实际存在的边数与可容纳的边数上限的比值则为网络密度（density）。网络密度越大，各节点之间的联系越紧密。同时，CiteSpace引入中介中心性（betweenness centrality）这一常用的网络拓扑学参数来评估节点在网络中的重要性，以此来发现和衡量某一研究项目在相关领域的影响力和重要性。当节点的中介中心性＞0.1时，图谱中会以紫色的圆环显示，表示这一节点是重要而值得关注的。此外，CiteSpace还允许将一些数据以聚类的形式进行分析，即将相似的对象组合在一起来确定相关的研究领域。集合的大小是分组对象的数量，CiteSpace将ID#0分配给形成的最大集群，将ID#1分配给第二大集群，依此类推[6]。一般认为，聚类模块值（Modularity Q）>0.3时聚类是显著的，聚类平均轮廓值（Mean Silhouette）>0.5时聚类是合理的，聚类平均轮廓值（S）>0.7时聚类是令人信服的[7]。本研究中选取国家、机构、作者、关键词和参考文献作为研究项目，时间跨度为2001—2020年，每2年为1个时间切片，Links中Strength设置为Cosine,Scope设置为Within Slices，选取每个时间段内频数最高的50个节点(Top N=50)，不使用算法对网络进行修剪，其余设置均为默认参数，分次绘制可视化图谱和表格[8]。

2 结 果

2.1 时间分布 论文的年刊发量可以反映一个学科知识的发展速度，也是了解该领域发展趋势的一个重要指标[9]。将近20年穿心莲内酯相关研究的年度文献数量绘制成折线图进行分析。发文量虽有波动，但总体上呈逐步增加的趋势，尤其是2012年以后，年度文献数量较前期明显增加，文献增长量在2013年和2017年达到了两轮小高潮，分别较上一年增加了24篇和23篇。（见图1）

图1 2001—2020年穿心莲内酯研究的年度发文量分布

2.2 国家分布 科学合作已经成为科学研究中的一个重要方面，国家之间的科学合作不仅促进了科学技术的突破和创新，也增加了各国的科技成果交流，是推动科学发展的巨大力量[10]。利用CiteSpace生成国家合作网络，展示了各国在穿心莲内酯研究方面的合作发文关系。（见图2）该网络由58个节点，230条边组成，网络密度为0.139 1，表示该网络共纳入58个国家，国家间的合作发文较多。合作发文量前5的国家分别是中国（588篇）、印度（284篇）、马来西亚（85篇）、美国（84篇）和泰国（75篇）。其中尤以中国和印度突出，合作发文量远超其他国家。结合中心性可推断，印度、美国、马来西亚、泰国、瑞典是在穿心莲内酯研究这一领域具有较高影响力的国家。（见表1）

表1 发文量前10的国家

图2 研究国家合作网络

2.3 机构与作者分布 学术共同体是从事学术活动的主体和承担者，包括这一领域内的学者及其所属的学术机构。将研究机构和作者进行可视化图谱分析，可以发掘有影响力的学术共同体和潜在的合作机构及合作者的信息，并帮助研究者建立合作关系[11]。使用CiteSpace生成研究穿心莲内酯的作者-机构混合网络图谱。（见图3）该网络由464个节点和1 426条边组成，网络密度为0.013 3，表示共纳入464个机构和作者，但网络密度较低，意味着这些学术机构及学者之间的协作和互动性较差，以各机构内部的合作为主。结合中心性可推断（见表2～3），马来西亚博特拉大学、新加坡国立大学、暨南大学和中国医科大学是研究穿心莲内酯的核心机构，并依托于这些机构分别形成了以暨南大学药学院王玉强，马来西亚博特拉大学医学部STANSLAS J，以及新加坡国立大学医学院WONG W S F等为代表的学术共同体。这些学术团队在穿心莲内酯结构修饰，以及其抗炎、抗肿瘤的药理作用和机制方面卓有成效[12-14]。但是，由于这些学术团队之间的合作很少，在这一领域还没出现极具影响力的核心作者。

图3 2001—2020年穿心莲内酯研究机构-作者混合分布网络

表2 发文量前10的机构

表3 发文量前10的作者

2.4 关键词分析

2.4.1 关键词共现 关键词是研究文献主题的重要指标之一，能够简洁地反映文献主题内容。CiteSpace能够进行关键词共现网络分析，其基本原理是对一组词两两统计它们在同一组文献中出现的频数，通过这种共现频数来度量它们之间的亲疏关系。图4所示的关键词共现网络由491个节点和3 159条边组成，网络密度为0.026 3，表示共纳入了491个关键词，其中两两同时出现在某一篇文献中的频数为3 159次。同时，可结合关键词在网络中的中介中心性来衡量这一主题在相关领域的重要性。从表4可以得知，在化合物研究方面，主要是关于穿心莲内酯的提取及其类似物和衍生物的研究。在基础实验方面，以体外细胞实验和在体的大鼠实验为主，相关研究主要围绕穿心莲内酯的药理作用和机制，包括炎症、细胞凋亡和氧化应激及其相关蛋白、基因的激活与抑制。临床试验的数量虽然较少，但双盲临床试验这一主题的影响力和重要性却相对最高（中介中心性=0.11），这也符合循证医学关于证据等级的推荐。在美国纽约州立大学医学中心提出的九级证据金字塔中，随机对照双盲试验的证据质量属于第二级，仅次于系统综述和Meta分析。此外，从中介中心性来看，新穿心莲内酯（C26H40O8）是另一个重要的研究主题，新穿心莲内酯又称穿心莲丙素、穿心莲新甙等，是穿心莲内酯的类似物，其较穿心莲内酯（C20H30O5）的优势之一就是没有苦味，这极大地改进了口服穿心莲内酯（俗称“苦味之王”）患者的依从性。

表4 高频与高中心性关键词

图4 关键词共现视图

2.4.2 关键词聚类 当关键词的数量过于庞大时，难以归纳和总结其所代表的研究主题，而聚类分析则能帮助解决这一问题。聚类是基于分析对象的相似性对文献中的术语进行分类和评分，并将每一个聚类中得分最高的术语选为代表，即聚类的标签。图5和表5展示了基于对数似然比（Log-likelihood ratio,LLR）算法的关键词的聚类结果，聚类模块值（Q）=0.431 2＞0.3，聚类平均轮廓值（S）=0.736 8＞0.7，表明该聚类结果是显著且令人信服的。聚类结果主要划分为8个集群，分别为药物试验（#0 drug trail）、信号通路（#1 signaling pathway）、自由基生成（#2 radical production）、穿心莲（#3 andrographispaniculata）、癌症疗法（#4 cancer therapy）、氧化应激（#5 oxidative stress）、植物提取物（#6 plant extract）、强协同诱导（#7 strong synergistic induction）。其中强协同诱导这一关键词的LLR值最大，表示它是具有最强代表性的聚类标签，而这一聚类的轮廓值为0.949，也表明这一聚类结果是令人信服的。

表5 关键词聚类列表

图5 关键词聚类视图

在自然聚类的基础上，将聚类结果以时间线视图的方式展示，可以更直观地反映穿心莲内酯相关研究的主题随时间的演变趋势和相互影响的关系。结合图6关键词聚类的时间线视图可知，这一阶段早期的研究主要是探讨穿心莲内酯的协同诱导作用，如与化疗药物的协同抗肿瘤作用[15]，后期则急剧减少。随后的研究开始聚焦于穿心莲内酯的抗氧化应激和抗肿瘤的作用。关于穿心莲内酯的药物试验和信号通路研究则一直是这一领域的热点话题，并且同其他主题的研究也存在着较为密切的联系。

图6 关键词聚类时间线图

2.4.3 关键词突现 关键词突现是指该关键词在较短时间内出现频数显著增加，根据突现词的词频变化可以判断研究领域的前沿与趋势。相较于时间线视图，关键词的突现检测不受时间切片设置的限制，能够将关键词的突现时间具体到检测时间段的每一年。图7显示了突现强度最高的25个关键词，涉及穿心莲内酯的衍生物、保肝作用、抗炎和抗氧化作用，质谱法、口服生物利用度、毒性等基础药理学的内容，以及给药、机制和通路等临床药理学的内容。从突现的时间段上来看，前10年中除了2005年、2006年外，每年至少都有1个热点关键词出现，早期的研究围绕新穿心莲内酯和保肝作用为主，并且其热度均长达5年以上。随后关于一氧化氮合酶（NOS）、高效液相色谱法（HPLC）等调控靶点和检测技术相关的内容兴起。后10年突现的热点关键词相对较少，这一时期的研究主要围绕穿心莲内酯衍生物、口服生物利用度、制剂等基础药理学的内容开展。目前这一领域的前沿热点为2016—2018年兴起的关于穿心莲内酯的毒性、给药、机制和抗炎等内容，并持续至今。

图7 突现关键词

2.5 文献共被引分析 文献共被引是指两篇参考文献同时被第3篇施引文献引用，共被引频数越高，说明这两篇文献相似之处越多，关联强度也越大。引用频数是确定某一领域内核心文献最常用的度量依据，高被引文献通常是该领域作者关注的主要对象，具有较高的影响力。从表6可知，新加坡国立大学医学院药理学系的LIM J C W于2012年发表的一篇关于穿心莲内酯及其类似物的综述共被引频数最高（63），其主要总结了穿心莲内酯及其类似物14-脱氧-11，12-二氢穿心莲内酯和新穿心莲内酯的抗炎（改善哮喘、中风、关节炎和上呼吸道感染中炎症）、抗肿瘤（抑制癌细胞的增殖、存活、转移和血管生成）的研究及其潜在的作用机制[16]，对已有的相关研究进行了较为全面和系统的整合，为该领域的研究者提供了丰富的文献信息。共被引频数第2的文献则来自于科威特大学医学院药理学和毒理学系ABU-GHEFREH A A团队，是1项基于动物实验和细胞实验的原创性研究，其证明了穿心莲内酯通过抑制肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）而在体内外发挥抗炎活性，从而可以应用于治疗支气管炎哮喘等炎症性疾病[17]。此外，期刊的影响因子（impact factor,IF）也能一定程度上反映其所收录论文的学术水平和影响力。在共被引频数最高的10篇论文中，影响因子最高的是新加坡国立大学WONG W S FRED团队于2009发表于American journal of respiratory and critical care medicine杂志上一篇文章（2019年该期刊IF=12.449）。文章证实了穿心莲内酯通过抑制NF-κB信号通路来缓解过敏性哮喘[14]。从中介中心性的度量水平来看（表7），共有5篇文献的中介中心性>0.1。这些文献仍然围绕着穿心莲内酯的抗炎和抗肿瘤作用进行，但在具体的研究对象和机制的阐释上更加多元化，如中心性最高的文献（中介中心性=0.18）表明穿心莲内酯能够下调体液和细胞适应性免疫反应而减轻小鼠实验性自身免疫性脑脊髓炎，实际上穿心莲内酯的这种免疫调节能力也是一种抗炎作用[18]。中介中心性排序第2和第3的文献则证明了抗氧化应激是穿心莲内酯能发挥抗炎作用的可能机制之一[19-20]。在抗肿瘤方面，穿心莲内酯靶向细胞内还原型谷胱甘肽（GSH）和c-Jun NH（2）-末端激酶（JNK）诱导肝癌细胞的细胞毒作用，以及抑制致癌基因肉瘤基因（Sarcoma gene，Src）的表达，从而发挥抗癌作用[21-22]。

表6 高频（排名前10位）共被引文献

表7 高中心性（排名前10位）共被引文献

综上所述，穿心莲内酯及其类似物或衍生物的抗炎作用是这一领域最主要且最具影响力的主题，其次是抗肿瘤和抗病毒的研究。

图8 参考文献共被引视图

3 讨 论

目前已有多种穿心莲制剂应用于临床，如喜炎平注射液、穿琥宁注射剂、炎琥宁注射剂、莲必治注射剂、复方穿琥宁涂膜剂等，但对于穿心莲内酯这一主要有效成分的认识仍十分有限[23]。本研究采用知识图谱工具CiteSpace对近20年以穿心莲内酯为主题的英文文献进行了可视化分析，获得了一些穿心莲内酯及其相关研究的信息。

以穿心莲内酯为研究主题的年度发文量总体上在波动中逐年增加，表明这一领域在稳步发展，并在近7年获得越来越多的关注。出现这种趋势，一方面是由于天然化合物在国际上受到越来越多的关注，另一方面与质谱等技术的进步有关。

在发文地区分布上，虽然学术界普遍倾向于认为穿心莲是印度的一味传统草药，但关于穿心莲内酯的研究并不局限于南亚半岛，而是广泛分布于亚洲、欧洲、北美洲、南美洲和大洋洲等地的国家与地区，但仍以亚洲国家和地区为主。此外，这些国家和地区的分布上存在一个共同点，即发文量前10的国家大都位于热带/亚热季风区或热带雨林区，长夏多雨，气候湿热，甚至终年炎热多雨。从中医理论来看，一方面，长期在这类地区生活的人易形成湿热体质；另一方面，高温多雨环境易滋生蚊虫，从而造成疫疠的传播与流行。穿心莲内酯提取自具有清热燥湿作用的穿心莲，可发挥清热解毒，消炎止痛之功效，被誉为“天然抗生素”。穿心莲内酯在此类湿热地区应用频率高、价值大，故其相关研究较其他地区数量多，影响力也更大。

在机构和作者合作方面，进行穿心莲内酯研究的学术机构和作者数量很多，也产生了一些极具影响力的核心机构，但合作网络的密度较低，意味着这些主要的研究机构之间并没有进行太多的跨机构合作，而是以各个团队的内部合作为主。因此，目前这一领域还未出现具有强影响力的核心作者。今后，各机构的学者之间应加强在穿心莲内酯研究上的合作，共同推动这一领域的发展。

关键词分析和文献共被引分析则反映了穿心莲内酯这一领域的研究热点和知识结构。两部分的分析结果比较一致，主要可以概括为以下几个方面。在穿心莲内酯相关的化合物开发方面，早期以新穿心莲内酯为主，以后逐渐提取或合成了更多的穿心莲内酯类似物和衍生物；在化合物的提取和检测上，质谱技术一直占据着相当重要的地位；在基础药理学方面，关于穿心莲内酯的口服生物利用度、毒性、制剂方式等是近五六年比较受关注的问题。穿心莲内酯的药效研究则主要集中于肝脏保护、抗病毒、抗肿瘤、抗氧化和抗炎5个方面。保肝作用和抗病毒最早开始被广泛研究，但目前药效研究的热点已转向抗肿瘤和抗炎，以及其可能的作用机制。在药效验证方面，到目前为止仍以动物实验和细胞实验为主，但无论是高频被引文献还是高中介中心性文献，绝大多数都是在探索和验证穿心莲内酯或其类似物和衍生物的抗炎和抗肿瘤作用，相关的临床试验较少。因此加强穿心莲内酯的临床药效验证及机制探索是其未来发展和应用的重中之重。

本研究为了解穿心莲内酯这一多效化合物提供了一些比较有价值的信息，为相关研究者识别了潜在的合作机构和合作学者，挖掘了主要的研究方向和热点话题，对穿心莲内酯在今后进行更广泛和深入的研究具有一定的指导意义。但本文仍然存在一些局限性，一方面由于CiteSpace目前还不能对不同语种数据库的文献进行合并分析，因而只纳入了英文文献，一定程度上忽视了国内的穿心莲内酯研究情况；另一方面，本研究只是从发文量、作者、机构、关键词和参考文献等宏观角度对穿心莲内酯的研究情况进行分析，没有逐一分析每篇文献的具体内容，可能会造成一些信息的遗漏，有关穿心莲内酯的研究情况仍有待从其他角度进行进一步的探讨和分析。