粪菌移植研究热点及趋势——基于CiteSpace的知识图谱分析

李灵敏， 李 博， 刘 月， 刘晓峰

中国人民解放军联勤保障部队第960医院 1.消化科； 2.神经外科，山东 济南 250031

粪菌移植(fecal microbiota transplantation，FMT)是一种最有效的重建患者肠道菌群的方法，它是将健康人粪便中的肠道功能菌群移植到患者的胃肠道内，并重建新的肠道菌群，从而实现肠内外疾病的治疗。FMT在我国历史悠久，最早可追溯到1 700多年前的东晋时期，我国中医医家葛洪的《肘后备急方》一书中就有利用人粪治疗疾病的记载[1]。2013年，Van Nood等在TheNewEnglandJournalofMedicine上发表了FMT与万古霉素的随机对照试验，证实FMT治疗艰难梭菌感染是一种有效的方法后[2]，2013年FMT的治疗被列入英国治疗艰难梭菌感染的临床指南，2015年进入美国胃肠学会治疗复发性艰难梭菌感染的临床指南，该方法就引起了广泛关注[3]。近年来，人们对肠道菌群在疾病中的作用有了更深入的认识，FMT的治疗正逐步扩张到非艰难梭菌感染疾病，如肥胖、非酒精性脂肪性肝病、炎症性肠病、功能性胃肠病、自闭症、帕金森、阿尔兹海默症等。面对国际上逐日升温的研究及大量的文献，逐一阅读不仅耗时耗力，也不能迅速掌握研究方向及热点。而CiteSpace是一款基于JAVA平台的文献计量分析软件，由美国德雷塞尔大学信息科学与技术学院的陈超美教授开发[4]，其现已升级至5.7.R5版本，可以用来分析大量的文献。该软件能够有效地展示某一研究领域的整体状况，并能直观地将研究热点展示在图谱上。本研究运用CiteSpace软件对FMT相关文献进行可视化分析，为该领域的研究热点和发展趋势提供科学参考。

1 资料与方法

1.1 资料来源在Web of Science核心文集中检索数据，搜索以“fecal microbiota transplantation”为主题词的论文，语种为英语，检索出3 143篇相关文献，排除综述、会议摘要、书籍、重复发表等，最终纳入论著1 571篇。文献导出的记录内容为“全记录与引用的参考文献”，其导出格式是“纯文本”。下载的文本命名为“download_**”，可进行后续分析。

1.2 统计学方法本研究采用CiteSpace 5.7.R5软件进行文献计量学分析，分别对作者(author)、机构(institution)、国家(country)进行网络分析，对关键词(key words)、被引用的参考文献(reference)等节点进行聚类分析并绘制可视化谱图。软件默认选取每年共被引次数在前50的文献进行共被引网络图谱绘制，节点的大小代表共被引次数，聚类分析采用LLR算法(Log-likelihood rate)进行加权计算，然后通过绘制FMT相关知识图谱，展示近年研究热点及趋势。

2 结果

2.1 纳入研究的发表论文趋势文献时间跨度为15年(见图1)，第1篇文献为2006年，在2012年以前发表的文献数量较少，2013年以后呈逐年增加趋势，2018年发表了230篇，2019发表了295篇，2020年发表了349篇，发表文章量逐年递增，可见FMT已由研究起始阶段进入了一个快速发展阶段。2021年统计到6月，不代表发表文章数量减少。

图1 “FMT”相关文献年发表文章数Fig 1 Number of articles published per year related to “FMT”

2.2 纳入研究的作者分析发文数量在一定程度上反映作者的学术能力和科研水平，共涉及9 357名作者，最高产的作者是Alexander Khoruts，来自美国明尼苏达大学，发表FMT相关论文37篇，主要研究为艰难梭菌腹泻在FMT前后的微生物群组成变化、FMT的机制和药理学、FMT的标准化冷冻制剂等[5-6]。发文量第二的作者是我国南京医科大学第二附属医院张发明教授，有29篇相关论文，发文量居于第三位的作者为美国明尼苏达大学的Sadowsky Michael(27篇)，第四位为南京医科大学第二附属医院崔博塔教授(25篇)。

2.3 纳入研究的国家、地区和机构分布CiteSpace软件生成的国家和地区可视化图谱如图2所示，节点及字体大小代表发文量的多少，节点半径及字体越大，发文量越多，发文量前5位为：美国614篇(中心性0.49)，中国412篇(中心性0.07)，德国125篇(中心性0.06)，加拿大85篇(中心性0.10)，法国79篇(中心性0.16)。中心性是可视化分析的重要分析点，中心性越高，表明行业地位、引用程度越高，中心性高的会在图谱中用紫色圆圈标注。美国、英国、法国、西班牙等欧美国家合作密切，在FMT领域处于世界领先地位，而中国发文量虽然排到第二，但中心性排第10，提示影响力和合作度程度不够高，表明中国应加强与其他国家和地区的合作，提高研究水平，扩大影响力。

图2 国家和地区可视化图谱Fig 2 Visual mapping of countries and regions by CiteSpace

发文共涉及1 875个机构，发文量的前5位的机构是：美国明尼苏达大学、哈佛医学院、南京医科大学、浙江大学、布朗大学。而中心性排名前5的发文机构是：哈佛医学院、以色列特拉维夫大学医学中心、美国斯隆-凯特琳癌症中心、明尼苏达大学、布朗大学。

2.4 纳入研究的关键词分析

2.4.1 关键词频次分析：合并相似的关键词，关键词频次前10位如下：肠道菌群(包括gut microbiota、intestional microbiota、microbiota、microbiome、fecal microbiota)(1 020次)，粪菌移植(包括fecal microbiota transplantation、transplatation)(896次)，艰难梭菌感染(包括clostridium dificile infection、clostrium difficile)(461次)，感染(infection)(269次)，炎症性肠病(inflammatory bowel disease)(237次)，溃疡性结肠炎(ulcerative colitis)(201次)，腹泻(diarrhea)(153次)，多样性(diversity)(134次)，失调(dysbiosis)(116次)，结肠炎(colitis)(114次)。

2.4.2 关键词聚类分析：Cite Space通过LLR算法将关系密切的关键词进行聚类，然后会给每个关键词一个值，同一聚类中最大的当选为该类别的代表，给它打上标签。通过关键词聚类分析，形成了4个不同的聚类群(见图3)，包括#0肠道微生物、#1艰难梭菌感染、#2种间移植，#3复发性艰难梭菌感染。

图3 关键词聚类图Fig 3 Keyword clustering map by CiteSpace

2.4.3 关键词的突显词分析：采用绘制时区图分布的方法，来研究FMT领域的发展趋势和热点问题，对关键词进行突显词分析，从而推断该领域的前沿研究方向。具体地说，统计历年来的关键词出现频次，以及关键词增长的频率，为这一领域的新兴研究提供热点与切入点信息。共有17个突显关键词(见表1)，“adult、acid、activation、active ulcerative colitis、akkermansia muciniphila”是目前热点词汇。

表1 2006-2021年关键词突显情况Tab 1 Burst of keyword from 2006 to 2021

续表1

2.5 纳入研究的共被引文献分析

2.5.1 共被引文献的频次分析：文献共被引次数反映了该领域的关键点和学科前沿(见表2)，被引前5的文献主要集中于艰难梭菌感染和溃疡性结肠炎。

表2 共被引频次排名前5的FMT相关文献Tab 2 Top 5 cited literatures on FMT

2.5.2 参考文献聚类分析：对共被引文献聚类后得到13项聚类(见图4)，CiteSpace依据网络结构和聚类的清晰度，提供了模块值(简称Q值)和平均轮廓值(silhouette，简称S值)两个指标，它可以作为我们评判图谱绘制效果的依据，一般而言，Q>0.3意味着划分出来的结构是显著的，S>0.7聚类是高效率令人信服的，S>0.5聚类认为是合理的。本次聚类Q=0.7174 w，S=0.890，聚类效果较好。这13项聚类分别是：#0 recurrent clostridium difficile infection，#1 ulcerative colitis，#2 difficile infection，#3 transmissible colitis，#4 depression-like phenotype，#5 human fecal microbiome，#6 versus-host disease，#7 intestinal microbiome，#8 inter-species transplantation，#9 intestional domination，#10 following fecal microbiota transplantation，#11 fecal microbiota transplantation technique，#12 allogeneic hematopoietic cell transplant recipient，最大聚类为复发性艰难梭菌感染，第二为溃疡性结肠炎，第三为艰难梭菌感染。

图4 共被引参考文献聚类视图Fig 4 Clusters view of co-cited references

3 讨论

3.1 发文量的变化发表文章数量在一定程度上反映了学术界对该领域的关注程度，2006年、2007年、2009年的发文量均为1篇，国内上海交通大学起步较早，2007年在ISMEJ(IF9.18)上发表一项建立人类菌群模型的论文，将10岁健康男孩的粪便悬浮液通过口服接种于无菌仔猪，这些仔猪的肠道菌群随年龄的增长演替也与人类中观察到的相似。2010年Khoruts A在JournalofClinicalGastroenterology杂志上发表一项研究，艰难梭菌感染患者FMT前后肠道菌群测序，结果表明移植后14 d，患者症状消退，受者与供者肠道菌群惊人相似。2011年多篇文献报道FMT用于艰难梭菌感染[7-10]，此后发文量逐渐增加，2012年Lawrence J Brandt在AmericanJournalofGartroenterology上发表结肠镜粪菌移植对治疗复发性艰难梭菌感染长期影响的文章[11]，南京大学的张发明教授[12]对此发表了一篇评论文章，“我们是否应该标准化已有1 700年历史的FMT？”，由此可以看出一个热门方向的先行者在早期就能察觉到未来的热点，并从早期开始研究。自2013年FMT可治疗艰难梭菌感染写入美国的临床指南以后，该领域逐渐受到大家重视及接受，发表文章数量也逐年递增，显示出广阔的发展前景。

3.2 研究现状在临床常规治疗或临床试验中，用于FMT的疾病目前主要有4大类，包括细菌感染、代谢异常、自身免疫性疾病和脑肠轴疾病，全球范围内最公认的是用于艰难梭菌感染的挽救性治疗，引用率最高的一篇文献为“通过鼻十二指肠管输注粪菌治疗复发性艰难梭菌感染”，证明与万古霉素相比，FMT对治疗复发性艰难梭菌感染更有效[2]。

分析发文量和中心性两个不同指标可以发现，以色列特拉维夫大学和美国斯隆-凯特琳癌症中心虽然发文量不靠前，但中心性较高，证明被引次数及行业关注度较高。以色列特拉维夫大学医学中心Gal Markel教授的研究小组在Science上发表FMT能促进免疫治疗难治性黑色素瘤患者的反应，FMT治疗能改善肿瘤微环境中免疫细胞浸润和基因表达谱的理由变化，这一研究由以色列特拉维夫大学、美国艾拉勒梅鲍姆癌症免疫研究所、安德森癌症中心等多个机构联合完成[13]。美国肿瘤医院斯隆-凯特琳癌症中心，发表可以帮助在同种异体造血干细胞移植过程中需要接受高强度抗生素治疗的癌症患者补充有益的肠道细菌[14]。FMT在肿瘤治疗中具有骄傲的研究和应用价值，是目前研究的热点方向。我国目前的发文量居世界第二位，这与我国自然科学基金等项目对肠道菌群相关研究的大力支持有关，极大地推动了国内相关研究的发展。

3.3 研究热点及前沿关键词的突显发现“adult、acid、activation、active ulcerative colitis、akkermansia muciniphila”。阿克曼菌(又译为：艾克曼菌，akkermansia muciniphila)，2004年荷兰瓦赫宁根微生物实验室Derrien M[15]发表于InternationalJournalofSystematicandEvolutionaryMicrobiology，是一种革兰氏阴性、严格厌氧、不运动、不形成孢子的椭圆形细菌，可以单独或成对生长,是微疣菌门的唯一成员，在人体内含量丰富，为1%～5%，是人类肠道中唯一可贮备与分解黏蛋白，生产碳氮因子的益生菌。艾克曼菌自2004年首次报道以来，在发现后的前10年并未得到广泛关注，文章每年引用频次波动在几至二十几，2015年以后被引用频次逐渐升高。2013年Everard等在肥胖和2型糖尿病小鼠中发现，艾克曼菌的丰度降低，补充该菌后逆转了小鼠由高脂饮食引起的代谢紊乱，提高了小鼠对胰岛素的敏感性并能起到抗炎和改善脂肪沉积的作用，该文献被引次数为1 848次，得到了广泛的认同[16]。该菌不仅影响代谢，2018年法国实验室在Science上发表的一篇文章得出艾克曼菌在增加癌症免疫治疗效果上有非常显著的作用[17]。发现在肺癌、肾癌、尿路上皮癌的患者使用了抗生素后进行抗癌免疫治疗的患者效果明显比未使用抗生素的患者效果差，这说明抗生素破坏了肠道菌群以后，抗癌治疗效果就打了折扣。不服用抗生素就可以把PD-1免疫疗法的效果从25%提高至40%。新抗癌明星细菌艾克曼菌可通过FMT实现，在FMT前后测序，发现移植后该菌丰度增加。FMT对年龄的关注，如不同年龄段幼年、成人、老年人群对FMT治疗的效果[18]，代谢产物的测定(短链脂肪酸、胆汁酸代谢、尿酸代谢物等)[19]，FMT后信号通路的激活，如NLRP3信号通路活化、免疫的激活等均是目前关注度较高的[20]。

FMT能诱导活动期溃疡性结肠炎患者病情缓解，保留灌肠法，50 ml FMT液或50 ml水，每周1次，持续6周。Mayo评分>4分患病在1年以内的患者3例得到缓解，患病时间超过1年的34例患者中只有6例得到缓解[21]。2015年同样发表在Gastroenterology上的另一篇关于FMT治疗溃疡性结肠炎认为无效，被引次数略少于前一篇，但该实验的给药方式不一样，经鼻十二指肠给药法，治疗组与安慰组之间差异无统计学意义[22]。国内的研究认为，FMT治疗溃疡性结肠炎具有较好的临床疗效，安全性良好，中消化道与下消化道FMT疗效相当[23]。最近发表在Gastroenterology上的儿童FMT治疗溃疡性结肠炎的随机对照试验，提示FMT对儿童的溃疡性结肠炎有一定作用[24]。

本文运用CiteSpace对FMT文献数据进行可视化分析，评估过去FMT领域的研究活动，跟踪研究进展，预测具体学科的新动态。了解这些方面是掌握FMT临床科研究的一种途径，FMT在治疗肿瘤、活动性溃疡性结肠炎、具体机理和代谢产物的检测等仍是未来研究的方向。