我国中药指纹图谱研究的可视化分析＊

曹雨晴，楚尧娟，刘克锋，乔高星，赵 杰，杜书章

（郑州大学第一附属医院 郑州 450052）

中华瑰宝中药（Chinese materia medica）历史悠久，不仅具有我国传统文化特色，而且在当代也有它独特的优势，受到了国际上的广泛关注[1]。中药及其中药制剂所含化学活性成分复杂多样，对所有化合物进行定性定量也十分困难，同时这些活性成分在治疗方面也具有协同加和作用[2,3]。中药的“整体性”和“复杂性”特点，决定了其相关研究的独特性。近几十年来，指纹图谱技术（fingerprint technology）的应用和发展，使得对中药现代化的研究有了长足的进步[4]。中药指纹图谱不仅能应用于考察中药材产地、炮制加工、煎药工艺等因素[5-7]，更能应用于中药活性成分、真伪鉴别、质量控制和谱效关系研究等[8-11]。

本研究通过可视化分析的方法[12]，对我国中药指纹图谱的相关研究进行统计分析，总结其研究发展过程和研究热点，为今后的研究提供参考和借鉴。

1 资料与方法

1.1 文献来源

以“主题”为检索项，以“中药”并且“指纹图谱”为检索词，检索中国知网（CNKI）、万方数据库收录的关于中药指纹图谱研究的文献。检索时间：时间不限，检索实施日期为2019年8月13日。文献排除标准：重复文献、学位论文、报纸文章、会议论文和新闻报道。

1.2 文献筛选检索

由2 位研究者同时独立进行，按照纳入和排除标准进行文献筛选，再经过交叉核对纳入文献，对有分歧而难以确定者通过讨论或由第3位研究者决定。

1.3 数据分析

利用NoteExpress 文献管理软件和书目共现分析系统（BICOMB2.0）[13]，记录文献年度发表数量，发表期刊，作者及其发表文章数量，作者单位，关键词等信息，进行数据整理、统计和分析。使用BICOMB2.0 软件分别生成作者、作者单位、关键词的共现矩阵和关键词的词篇矩阵。将共现矩阵导入Ucinet6.0 软件和NetDraw2.0 软件绘制作者、作者单位和关键词的社会网络图。将关键词的词篇矩阵导入gCLUTO1.0 软件进行聚类分析，得到关键词的聚类可视化结果。

图1 文献发表年份分布

2 结果

2.1 文献的一般情况

按拟定的检索条件，在CNKI 和万方数据库分别检索出相关文献4752 篇和3776 篇，共8528 篇。用NoteExpress 软件进行去重后余4272 篇。按排除标准进行筛选后最终入选4131篇。

2.2 文献发表年份分布

我国中药指纹图谱研究发表文章数量整体上呈现出逐年上升趋势，如图1所示。具体情况如下：最早出现在1996年，到1999年之前，此类研究均非常少，每年不足5篇；2000年有所增加，发表19篇；2001年和2002年受到研究者的较多关注，但仍不超过100篇；2003年之后发文量明显增加，且基本上逐年增长，至2017 年达到顶峰，突破300 篇（达到344 篇）；2018 年有所减少，但仍超过300 篇（322 篇）；因2019 年仅检索至8 月份，故文献数量在图中呈现明显下降趋势，仅136篇。

2.3 文献发表期刊分布

纳入的中药指纹图谱研究共发表在701种期刊上（图2），其中刊载文献200篇以上的期刊仅2种，100篇以上的有7种，10篇以上的有66种，只发表1篇的期刊有375 种。总的来看，载文量超过10 篇的期刊占比仅10.699 0%（75/701），说明载文量高的期刊数量并不多。发表文献数量超过100 篇的9 种期刊见表1，累计发文量达33.430 2%，其中有8 种期刊为中文核心期刊，《中草药》以发文216篇位居第一。

图2 期刊出现频次及其数量分布图

表1 发表文献超过100篇的期刊

2.4 作者分布及合作关系

2.4.1 作者分布

参与中药指纹图谱研究发表文章的作者数量多达10014位（图3），其中发文量超过100篇和50篇的作者各有1 位，超过40 篇和30 篇的作者各有3 位，超过20 篇的作者有8 位，超过10 篇的作者数量较多有90位，绝大多数作者（7111 位）仅参与发表1 篇文章。发表文章数量排名前20 位的作者见表2，占比仅0.199 7%（20/10014）的作者发文量累计百分比达3.971 9%，两者相差20 倍。孙国祥以发表151 篇文章位居第一，是一位超高产的作者。

2.4.2 作者合作关系

对出现频次≥10 的106 位作者进行合作关系分析，如图4所示。图中节点越大度越大，合作论文量越多则线越宽。图中作者共分为9 个主要的研究团体：第1 个研究团体（A）由72 位研究者组成，中心度较大的10 位研究者分别是罗国安、毕开顺、孙国祥、王义明、王跃生、饶毅、陈士林、叶正良、林瑞超和程翼宇；第2个研究团体（B）由贺福元、刘文龙、石继连、罗英杰和邓凯文5 位研究者组成；第3 个研究团体（C）由蔡先光、杨永华、易延逵和张水寒4 位组成；其余6 个研究团体（D-I）由2-3人组成。

图3 作者出现频次及其数量分布图

表2 发文量排名前20位的作者

图4 作者的合作关系分析

2.5 作者单位分析

2.5.1 作者单位分布

参与中药指纹图谱研究的作者单位共计3519 个（图5），其中发文量超过300篇单位有1个，超过200篇的研究单位有3 个，超过100 篇的机构有6 个，绝大多数单位（2643家，占比75.106 6%）仅参与发表1-2篇文章。发表文章数量排名前10 位的单位见表3，其中8所为中医药大学、2 所为药科大学。沈阳药科大学以发表319篇文章位居第一。

2.5.2 作者单位合作关系

对于作者单位的合作网络分析，采用百分比法[14]，选取出现频次≥23 的87 个单位（累计百分比为39.907 8%）进行合作关系分析，如图6 所示。图中节点越大度越大，单位合作论文量越多则线越宽。对中药指纹图谱研究的各单位形成了一个由71 个单位组成的大研究团体，其中中国中医科学院、北京中医药大学和江西中医学院3 个机构处于研究团体的中心，且中心性最大，与其它单位的合作也最多，是图6中的最重要节点；河南中医学院、中国中医科学院中药研究所、成都中医药大学、中国药科大学、黑龙江中医药大学、山东中医药大学、中国食品药品检定研究院和广州中医药大学这8 个研究单位是较重要的中间节点，其它处于边缘的节点通过这些中间节点与中心节点联系，共同组成了这个合作广泛的大研究团体。

图5 作者单位出现频次及其数量分布图

表3 发文量排名前10位的作者单位

2.6 关键词分析

2.6.1 关键词的一般情况

图6 作者单位网络分析

纳入的中药指纹图谱研究文献中共涉及6298 个关键词，累计出现19171 次，具体频次分布如图7 所示。出现频次越高的关键词数量越少，超过1000频次的只有 2 个，超过 100 频次的有 9 个，有 4425 个关键词仅出现1 次（占比为70.260 4%）。出现频次前20 位的关键词见表4，累计百分比为30.488 8%，指纹图谱和高效液相色谱累计出现2098 次和1025 次，说明高效液相色谱是中药指纹图谱研究的最主要方法。

2.6.2 主要关键词的网络关系分析

对于关键词的社会网络分析，采用百分比法，选取出现频次≥26的66个关键词（累计百分比为39.992 7%）进行社会网络分析，结果见图8。图中节点越大表示关键词出现的频次越高，质量控制、高效液相色谱、指纹图谱、中药、中药材、质量评价处于中心位置与其他主要关键词共同出现在同一篇文献中的频次最多。中药指纹图谱、化学成分、主成分分析、聚类分析、相似度、质量标准、化学模式识别、色谱指纹图谱是次要节点，位于边缘的节点如丹参、金银花、黄芩、甘草、川芎、栀子、代谢组学、血清药物化学、系统指纹定量法、中药复方、标准汤剂等通过次要节点直接或间接的与中心节点联系，说明这些内容是该领域研究的热点。

表4 出现频次前20位的关键词

图8 主要关键词的社会网络分析

图9 主要关键词的聚类树状图

2.6.3 主要关键词的聚类分析

图10 主要关键词的山峰可视化图

对66 个主要关键词构建66 × 66 的词篇矩阵，进行聚类分析，生成聚类树状图（图9）和山峰可视化图（图10）。可见，中药指纹图谱研究主要涉及7个主题。主题A：采用色谱指纹图谱技术对中药化学成分进行质量控制；主题B：中药指纹图谱研究在中药鉴定、质量控制和谱效关系方面的研究进展；主题C：基于代谢组学和血清药物化学研究的中药现代化质量标准评价；主题D：采用高效液相色谱、薄层色谱技术对中药标准汤剂和配方颗粒的指纹图谱建立、相似度评价、主成分含量测定研究；主题E：川芎、当归、黄芪、金银花等含挥发油中药的气相色谱指纹图谱分析；主题F：中药的高效液相色谱指纹图谱建立及其化学模式识别、化学计量学分析、主成分分析、聚类分析和相似度评价研究；主题G：应用HPLC 指纹图谱的系统指纹定量法、红外指纹图谱和电化学指纹图谱评价黄芩、甘草等中药的质量。

3 讨论

本研究检索了CNKI 和万方两大中文数据库，通过筛选后最终入选4131 篇关于我国中药指纹图谱研究的文献。利用可视化分析的方法，对最终入选的文献发表年份、期刊、作者、作者单位、作者及单位合作情况和主要关键词情况等进行了分析。本研究的分析结果在一定程度上能够反应出我国对中药指纹图谱研究的大体情况。

从文献发表年份来看，我国关于中药指纹图谱的研究整体上呈逐年增长趋势。1996 年，曹晖等[15]采用分子生物技术对中药材蒲公英及其混淆品的基因组DNA 进行扩增，获得鉴别蒲公英的DNA 指纹图谱，这是国内发表的首篇有关中药指纹图谱的文献。1996年至2000年之间，国内发表的文章多集中在将指纹图谱应用于中药鉴定和质量控制的可行性研究和讨论上；2001 年开始，中药具体品种的指纹图谱研究才逐渐增多，直至2017年达到发文量高峰。

纳入的中药指纹图谱研究共发表在701 种期刊上，刊载文献数量不少于100 篇的9 种期刊的发文量占总发文量的比例超过30%，且8种为中文核心期刊。可见，发表中药指纹图谱研究的期刊相对较集中，期刊级别相对较高，说明此类研究的质量较高。

本研究显示共计10014 位作者，涉及3519 家单位，在1996 年至2019 年之间参与中药指纹图谱相关研究。其中，发文量不少于5 篇的作者有486 位，涉及单位有493 家，说明长期从事中药指纹图谱相关系列研究的作者和机构较多。从作者的合作关系来看，中心度较高的作者罗国安（55 篇）、毕开顺（33 篇）、孙国祥（151篇）、王义明（43篇）、贺福元（40篇）处于作者合作团队的中心，且发文量均超过30 篇，说明该领域的高产作者之间的合作较紧密。根据作者单位的发文量排名，我们可以发现，发文量超过100 篇的10 家单位均是医药类大学，说明高等院校是进行中药指纹图谱研究的主要单位。从作者单位的合作关系来看，中国中医科学院（98 篇）、北京中医药大学（253 篇）和江西中医学院（64 篇）这3 个机构的中心度最大，与其他单位的合作关系最多；河南中医学院（27 篇）、中国中医科学院中药研究所（43 篇）、成都中医药大学（198篇）、中国药科大学（129 篇）、黑龙江中医药大学（122篇）、山东中医药大学（151 篇）、中国食品药品检定研究院（76 篇）和广州中医药大学（121 篇）这8 个中间节点是团队的重要纽带。由此可见，参与中药指纹图谱研究的主要单位间的合作比较紧密，研究成果（发文量）也比较多。

纳入文章所涉及主要关键词的可视化分析结果显示，中药指纹图谱研究的最主要分析方法是高效液相色谱法，主要目的是对中药进行质量控制和真伪鉴定，研究的热点中药品种有丹参、金银花、黄芪、黄芩、甘草等，研究的热点方向有主成分分析、聚类分析、谱效关系、中药现代化、系统指纹定量法、化学模式识别、挥发油、代谢组学、血清药物化学等。通过聚类分析所得的7 个研究主题均是沿着上述热点方向展开的。主题A：色谱指纹图谱的最基本属性是整体性和模糊性，很好的契合了中药“整体性”和“复杂性”的特点，且中药中任何单一活性成分均不能反映中药的真伪优劣[16]。因此，采用色谱指纹图谱对中药化学成分进行分析，是中药质量控制的一种有效、可行的方法[17]；主题B：随着现代分析技术的进步，指纹图谱技术在中药鉴定、质量控制和谱效关系方面的研究进展也备受关注[11,18]；主题C：代谢组学主要研究生物体代谢网络和整体内在代谢变化，具有整体性、系统性的特点，与中药作用的多靶点、整体协调机制具有相似性，广泛应用于中药质量控制[19]。中药血清药物化学研究通过对含药血清进行分析，研究中药药效物质基础，进而准确评价中药质量[20]；主题D：中药标准汤剂和配方颗粒高效液相色谱、薄层色谱指纹图谱的建立、相似度评价及主成分含量测定研究；主题E：中药挥发油药理作用广泛，其质量的稳定是保证中药发挥临床疗效及安全性的前提[21]。采用气相色谱指纹图谱技术对川芎、当归、黄芪、金银花等中药所含挥发油进行分析，用于中药挥发油的质量控制研究[22]；主题F：中药的高效液相色谱指纹图谱建立及其化学模式识别、化学计量学分析、主成分分析、聚类分析和相似度评价研究；主题G：应用HPLC 指纹图谱的系统指纹定量法、红外指纹图谱和电化学指纹图谱评价黄芩、甘草等中药的质量。

中药指纹图谱技术是评价中药优劣、鉴别真伪、区分物种、质量控制和谱效关系研究的有效方法。中药指纹图谱技术所运用的现代分析方法主要有高效液相色谱法、气相色谱法、薄层色谱法和红外光谱法等，其中高效液相色谱法主要用于中药中各种化学成分的分析检测，气相色谱法主要用于分析中药中小极性成分、挥发油或衍生化后可生成挥发性成分的化学成分的分析，薄层色谱法和红外光谱法常用于中药的真伪鉴别。采用的指纹图谱数据评价方法有化学模式识别、主成分分析、聚类分析和相似度评价等。

中药谱效关系的研究将化学指纹图谱和中药药效相结合，建立“谱-效”数学模型，阐明了中药药效的物质基础，用于评价中药的内在质量。代谢组学作为系统生物学的重要组成部分，其研究方法具有整体性、系统性特征，与中药指纹图谱相结合应用于中药及其复方制剂的质量控制、作用机制研究、药效研究和安全性评价研究等方面，前景广阔。血清药物化学研究即是运用色谱指纹图谱技术对中药进入生物体内吸收代谢前后的各种化合物的相对含量变化及其生物活性进行解析，进而对中药的药物活性成分进行筛选和分析，确定其药效物质基础，准确评价中药质量。随着中药现代化研究的快速发展，中药指纹图谱技术不仅应用于中药的质量控制，而且广泛应用于中药的药效物质基础研究、体内代谢变化研究以及作用机制研究等方面。

本研究的不足之处在于：只纳入了我国学者中文发表的有关中药指纹图谱研究的期刊论文，缺乏外文相关文献，导致数据选择上可能存在偏倚；对纳入文献的主要关键词进行聚类分析，可能导致主题的聚类偏差。

综上所述，我国中药指纹图谱研究的发文量呈逐年增长趋势，发表的期刊相对集中且级别较高，长期从事相关研究的作者和研究机构较多，高产作者和研究机构合作也较紧密。通过聚类分析得到7个研究主题，较全面的总结了当前的研究热点，以期为今后的研究提供参考和借鉴。