基于 CiteSpace 的骨质疏松中英文文献相关信号通路 研究对比分析

宁浩驰，陈海亮，裴雪冬，潘静，蒋宇航，赵瑞，张浩令，宋志靖,4*

(1.甘肃中医药大学中医临床学院，甘肃 兰州 730000；2.甘肃中医药大学公共卫生学院，甘肃 兰州 730000；3.圣彼得堡国立大学，圣彼得堡 俄罗斯 190000；4.教育部敦煌医学与转化重点实验室，甘肃 兰州 730000)

0 引言

骨质疏松症(OP)是一种全球常见慢性骨科疾病，骨量下降、骨微结构和宏观结构异常，导致骨组织脆性增加、骨折风险剧增，且受遗传、环境、激素及年龄等等因素调控的全身性复杂骨病[1]，已经成为一个不可小觑的公共健康问题。骨质疏松症分为原发性和继发性两大类[2]，其中原发性骨质疏松症包括绝经后骨质疏松症(Ⅰ型)、老年骨质疏松症(Ⅱ型)和特发性骨质疏松症(包括青少年型)。该病的发生机制复杂，近期研究发现[3]，原发性骨质疏松症的发病率呈逐年上升趋势[4]，调查发现[5]，我国超过50岁人群中男、女性的OP患病率高达6.46%、29.13%，数量上OP男性患者超0.1亿，女性超过0.4亿。该病的发生对个人、家庭和社会都是沉重的经济负担，同时也给医学界迎来了巨大挑战。通过查阅文献得知，骨髓间充质干细胞是通过多个信号通路调控向成骨细胞分化[6]。目前成骨分化相关信号通路的有 MAPK 信号通路、Notch 信号转导途径、Wnt/β-catenin信号转导途径、BMPs 信号途径、PPAR-r 信号途径、TGF-β 信号途径、Hedgehog 信号通路[7]。其中破骨细胞分化相关信号通路的有RANKL/RANK/OPG 信号途径、NF-κB 信号途径、MAPK /ERK 信号途径、M-CSF 信号途径、Ca2+信号途径、Src、Akt 信号途径、PKC 信号途径、Ig-like 受体信号通路等[8]。通过CiteSpace可视化分析通过合作网络、关键词分析等方法，来直观了解信号通路调控骨质疏松的研究热点，有助于推动骨质疏松相关信号通路的研究，在防治骨质疏松相关疾病方面具有重要意义。

1 资料与方法

1.1 研究文献来源与检索

英文文献源于Webof Science核心合集数据库，进入基本检索页面设定检索条件：(1)主题“osteoporosis” and文 献 类 型“articleandreview”and语 种“English”，时间跨度为建库至2021年11月2日，检索记录①，检索得到90186篇文献；(2)主题“'p38MAPK'+'PI3K- Akt'+'FoxO'+'Rap1'+'Ras'+'cAMP'+'JAK-STAT'+ 'Chemokine'+'HIF-1'+'Toll'+'p53'+'Wnt'+'TGFβ1'+'AMPK'+'VEGF'+'ERα'+'OPG/RANK/RANKL'+ 'Notch'+'BMP/Smads'+'PPARγ'+'Hedgehog'+'NFκB'+'ERK'+'M-CSF'+'Src'+'PKC'+'Ig-like'+'TGF- β1/Smads'+'DKK1'+'GABA'+'Ca2+'+'AGE-RAGE'+ 'Sost'+'lrp5'+'FGF'+'TLR'+'Runx2'+'miR-214'+'rage'+ 'taz'+'Hippo'+'shp2'+'osx'+'vegf'+'nfatc'+'ERK1/2'+ 'EphB/EphrinB'”and文献类型“article”“review”and语种“English”，时间跨度为建库至2021年11月2日，检索记录②，共1112742篇文献；进入高级检索页面，将①和②两条检索记录用“and”符串联起来重新检索得到5347篇文献。

中文文献源于中国知网(China National Knowledge Infrastructure，CNKI)，进入高级检索窗口设定检索条件：主题“'p38MAPK'+'PI3K-Akt'+'FoxO'+'Rap1'+'Ras'+ 'cAMP'+'JAK-STAT'+'Chemokine'+'HIF-1'+'Toll'+ 'p53'+'Wnt'+'TGF-β1'+'AMPK'+'VEGF'+'ERα'+'OPG/RANK/RANKL'+'Notch'+'BMP/Smads'+'PPARγ'+ 'Hedgehog'+'NF-κB'+'ERK'+'M-CSF'+'Src'+'PKC'+'Iglike'+'TGF-β1/Smads'+'DKK1'+'GABA'+'Ca2+'+'AGERAGE'+'Sost'+'lrp5'+'FGF'+'TLR'+'Runx2'+'miR-214'+'rage'+'taz'+'Hippo'+'shp2'+'osx'+'vegf'+'nfatc'+ 'ERK1/2'+'EphB/EphrinB'”并且“骨质疏松”，发表时间设定为建库至2021年11月2日，共检索得到1801篇文献。

1.2 数据筛选和转换

将检索到的中文文献题录以 CNKI 中 的“Refworks”格式导出，剔除会议、科技论文，以“download_***”名称命名后再利用 CiteSpace 软件的内置 Data Import/Export 功能进行格式转换；英文文献题录以Web of Science 中纯文本格式“download_***”名称导出，利用软件中 Remove Duplicates 功能除重得到4720条有效题录。

1.3 参数设置

在参数设置中，中文文献数据研究时长跨度设置为1997— 2021年，英文文献数据研究时长跨度设置为1990—2021年，时间节点设置为1年；节点类型(node types)分别选择作者(author)、机构(institution)、 关键词(keyword)，关键词阈值选择 Top 10%，作者、机构阈值选择g-index，k=25，网络裁剪功能区参数选择 Pathfinder、Pruning sliced networks 或 Purning the merge network 进行图谱分析，生成相应的作者合作图谱、机构合作图谱和关键词共现图谱等。

2 结果

2.1 合作网络分析

2.1.1 作者共现

可分析出该领域的作者间合作交流密切程度。通常使用中介中心性评价一个节点，是一个重要性的指标，一般数值在 0～1 之间，图谱中中心性＞0.01的节点外环是紫色，往往是连接不同节点的“纽带”和有关键意义的转折点。经 CNKI数据库检索出的文献，得到的可视化中文图谱共有 639个节点，843条连线，显示任树军为发文量最高的作者(25 篇)，如图1所示。其中任艳玲和郑洪新教授存在密切合作关系，主要形成了以刘平举、 郑洪新、任艳玲、岳汉军和伍庆华为主的 5个核心研究团队，其中20位作者发文量 ≥ 10 篇；经WOS 数据库检索出的文献，得到的可视化英文图谱共有1197个节点，1735条连线，发文作者较知网多且联系更为密切；JIAKE XU为发文量最高的作者(31 篇)，主要形成了JIAKE XU、 YAN ZHANG、 JIAN LIU、WEI WANG等为主的主要研究团队，其中17位作者发文量≥ 10篇，影响力最大的是HONGWEN DENG团队，各团队间有较密切的合作关系。

图1 OP相关信号通路中文 (左)和英文 (右) 文献作者合作图谱

2.1.2 机构分析

对中、英文文献进行机构关系的可视化分析，如图2所示。中文文献所得可视化图谱中共包含491家研究机构，机构间共有218条合作连线，机构间合作较少，或许是各个研究机构间研究课题的不同；发文量最多的机构是辽宁中医药大学(23篇)，主要研究机构是各个中医药大学及附属医院；英文文献所得可视化图谱中共包含763家研究机构，机构间有768条连线，机构间合作较密切，发文量最多的机构是上海交通大学(142篇，占总发文量 3.1%)；中心性是显示节点在图谱中的核心指标，前4个机构依次是长崎大学(0.06)、密苏里州大学(0.06)、哈佛医学院(0.05)、东京医科大学(0.05)，说明机构之间合作密切，发文量均≥9 篇，通过对比中英文图谱结果，发现机构间的密切合作可有效增加发文量，推动科学研究进展，国内的机构可建立高效信息平台以加强科研间交流。

图2 OP相关信号通路中文 (左) 和英文 (右) 文献机构合作图谱

2.2 关键词分析

2.2.1 共现分析

对于关键词的分析，可更加直观的认识该研究领域的核心知识及重点方向。中、英文文献构建的可视化图谱如图3所示，关键词频次及中心性前 20 个如表1所示。中文文献可视化图谱中包括552个节点，803条连线，节点间联系相对紧密。对各关键词分析可知，OP的相关细胞是成骨和破骨细胞(关键词：成骨细胞、破骨细胞)，与OP疾病相关的因素(关键词：绝经后、雌激素)，OP相关的信号通路(关键词：vegf、wnt)，运用祖国医学理论(关键词：中医药、二至丸、左归丸)来探索预防及治疗OP的有效组方。英文文献可视化图谱中包括366个节点，580条连线，节点间联系也相对较紧密。除OP的相关细胞和因素(关键词：osteoblast、mesenchymal stem cell、postmenopausal women)外，英文文献研究热点多集中于成骨细胞。(关键词：osteoblast、osteoblast differentiation)。

图3 OP相关信号通路中文 (左) 和英文 (右) 文献关键词共现关系

表1 OP相关信号通路中文文献高频关键词信息

2.2.2 聚类分析

关键词：是文章的高度凝练，各个时间段的高频关键词描述了该领域研究热点的变化，聚类分析是探索性的分类过程，对样本数据进行计算机化分析，更加直观观察数据的特征及分布状况。运用LLR算法对文献中联系密切的关键词聚类分析，如图4所示，聚类标签编号由0到20，聚类大小越大，标签数字越小，其含关键词越多。其中Q值是聚类模块性数值，Q＞0.3说明聚类结构显著，S值是聚类轮廓性指数，可量化聚类内部同质性，S值与该聚类内容的相似性成正比，S＞0.5即聚类结果合理，S＞0.7即聚类结果高效，更有说服力，图5、6分别是中英文关键词聚类时间线图，表2、3分别是中英文关键词聚类表。

表2 英文关键词聚类表

图4 OP相关信号通路中文(左)和英文(右)文献关键词聚类图

图5 中文关键词聚类时间线图

图6 英文关键词聚类时间线图

本研究中文关键词聚类Q=0.8433、S=0.966，英文 Q=0.7503、S=0.9098，说明聚类显著、合理，高效，具有说服力。知网聚类以后得到21个聚类标签，#15(成骨分化)、#4(骨形成)、#0(成骨细胞)、#1(分化)、#19(成骨)是联系密切的标签，成骨细胞是一种独特来源于间充质干细胞的骨形成细胞，骨细胞占所有骨细胞的 90% 以上，它们是终末分化的成骨细胞，长长的树突状形成了一个系统的感觉网络，与神经细胞相似，它们可感应及传递骨骼内外的机械应力；#11(opg)、#3(wnt)是OP相关的信号通路和蛋白，Wnt/β-catenin 经典信号可推动多能间充质干细胞 (MSC) 向成骨细胞谱系分化，从而促进成骨细胞的生成。除影响成骨细胞以外，Wnt/β-catenin 信号还可控制骨细胞的骨保护素 (OPG)的表达和分泌，来介导对破骨细胞分化的间接影响，Wnts也可直接影响破骨细胞；#5(骨密度)是临床上常用诊断骨质疏松的方法以及监测药物治疗效果：骨矿物质密度 (BMD)这种监测方法在一定程度上能预测骨折风险变化；#10(左归丸)、#6(复方补肾活血颗粒)、#9雌激素是反应OP的临床治疗药物，说明中医药疗法已经普遍应用于OP的治疗。

Wos聚类后得到16个标签，mesenchymal stem cell(#2)、bone formation(#4)是联系密切的标签，代表是骨形成的过程；parathyroid hormone(#3)是OP的治疗方法，甲状旁腺激素可直接靶向骨骼，促进骨形成并激活骨重塑，增加骨量和骨强度；oxidative stress(#7)是OP中的一类重要发病机制。说明研究氧化应激导致骨质疏松发病机制的方面较热门，研究表明氧化应激 (OS) 在绝经后骨质疏松症 (PMOP) 的产生过程中扮演核心角色。OS随年龄的增长而增加，这与PMOP的病理生理机制相关；lrp5(#0)是OP相关的蛋白，低密度脂蛋白相关受体 5(Lrp5)在经典 Wnt 信号传导过程中具有主要作用，可调节骨形成，因此受到国内外学者的广泛关注。

表3 英文关键词聚类表

2.2.3 突现分析

经可视化分析得到中文突现词20个，英文141个，突现强度前 20位的关键词见图7、8。关键词突现可直观展现出各个时间段研究热点的变化，反应出潜在发展走向，及前沿热点的变化趋势。中文文献1998—2006 年主要集中于研究绝经后骨质疏松的研究，2007年后，研究热点渐变为 OP 的相关信号通路及分子机制的研究至今。由图7可知，对parathyroid hormone(11.06)、bone resorption(16.87)、colony stimulating factor(12.06)等是图中突现时间较长的内容；marrow stromal cell(11.69)、osteogenic differentiation(18.27)是OP最近研究的热点。

图7 OP相关信号通路英文(左)和中文(右)文献关键词聚类图

3 讨论

CiteSpace相比较于传统的通过数据库搜索主题词，从而来阅览大批的相关文献来更直观的认识对该领域的系统了解的方法，具有可快速提炼大量文献中的有用内容反映到图谱上，进一步更加客观、详细地了解该领域的学术历史基础、科研热点、未来趋势等信息。通过 CiteSpace 的文献可视化功能，分析骨质疏松相关信号通路领域的科研热点、发展趋势并摸索未来的发展方向。本研究初次使用文献可视化软件从中国知网(CNKI)、WOS数据库中筛选出能代表骨质疏松及相关信号通路的中英文文献，并运用可视化分析，任树军和JIAKE XU分别是中、英文文献发文量最高的作者，其中作者间发文量相近；对机构可视化分析，辽宁中医药大学和上海交通大学分别是中、英文文献发文量最高的机构，其中中文机构主要集中在各中医药大学的附属医院，机构间的联系较少，建议不同研究者和机构间应该增加协作，以获得更深入的研究成果。

本研究通过关键词共现及聚类分析，明确了目前关于研究骨质疏松相关信号通路领域的主要研究方向，分析出来即wnt、RANKL/OPG、NF-κB等信号通路，以下简要介绍这几条信号通路。Wnt信号是涉及许多重要的细胞系统的一个相对保守的信号途径，可影响细胞间通讯，迁移，极性及命运，乃至改变胚胎发育，器官功能，成人和胚胎干细胞动态平衡[9]。Wnt信号通路通常分为两大类型；经 典(Wnt/β-catenin)和 非 经 典(β-catenin 独立)途径。经典 Wnt 信号模型是以β-catenin为中心轴因子建立的，研究发现，从骨髓间充质干细胞 (BMSC) 中提取的外泌体(BMSC-exo)可激活Wnt/β-catenin通路以促进成骨分化[10]；Wnt信号通路可通过刺激成骨细胞(Osteoblast,OB)分化、影响破骨细胞生成和预防脂肪合成来增强骨合成代谢[11]。周梁等[12]专家研究认为骨髓间充质干细胞分化为成骨细胞是通过多种信号通路的严格调控，主要是Wnt/β-catenin经典信号通路，还可通过调控破骨细胞(Osteoclast,OC)的分化及控制OPG的表达，达到抑制骨吸收的作用。

RANKL/OPG信号通路，核因子-κB受体激 活 剂 (NF-κB) 配 体 (RANKL) 是 一 种 由 成骨细胞表达为膜相关细胞因子，可促进破骨细胞(Osteoclast,OC)生成关键的作用，骨保护素 (OPG) 是成骨细胞(Osteoblast,OB)产生的一种可溶性 RANKL 诱饵受体[13]，RANKL和 OPG分别是肿瘤坏死因子(TNF)和TNF受体(TNFr)超家族的成员，OB和OC相互作用过程中关键的途径之一是RANKL/OPG信号通路，左归丸可通过调控β2-肾上腺素能受体介导的 RANKL/OPG信号通路来影响去卵巢大鼠骨质疏松症，其中改善骨量主要是通过骨骼的中枢调节[14]。有研究结果表明，具备5G的脉冲电磁场可抑制细胞凋亡，降低骨细胞中 RANKL/OPG 的表达，还可抑制破骨细胞的分化[15]。

NF-κB信号通路，核因子 NF-κB 通路一直以来是一种典型的促炎信号通路，对正常细胞功能、发育、分化、增值及存活均至关重要的信号通路，该途径的成分的缺失均可能导致骨骼发育异常。核因子κB (NFκB)家族转录因子是免疫发展、免疫反应、炎症反应和癌症的关键调节因子，NF-κB通常由经典和非经典途径激活[16]。这两种信号通路在信号成分和生物学功能上各不相同，甘草酸通过调节NF-κB和ERK信号通路抑制破骨细胞分化及骨吸收[17]。有研究表明抑制NF-κB信号转导是调控破骨细胞形成和抑制骨吸收的有效方法。原花青素通过在骨质疏松症治疗过程中抑制NF-κB和JNK信号通路来抑制破骨细胞的形成和功能[18]。

经过查阅国内外文献可知，丝裂原蛋白活化激酶(MAPK)普遍干预了与骨相关细胞的代谢活动。目前发现p38 MAPK信号通路可调控骨骼生长并起到关键作用，主要是通过阻抑破骨细胞的增殖分化[19]。而且ERK5信号通路是MAPK家族新发现的成员，参与细胞增殖、分化和凋亡[20]。另外，还发现Lumican通过抑制Akt活性来抑制骨吸收和破骨细胞生成[21]。有研究发现山茱萸苷I通过PI3K/Akt信号通路促进骨间充质干细胞成骨分化[22]。有学者研究冲击波疗法调节 BMP2 的表达以预防绝经后骨质疏松大鼠模型下肢的骨和软骨损失[23]。还有研究表明谷胱甘肽过氧化物酶7通过内质网应激和mTOR通路促进BMSCs成骨细胞生成[24]。以及近年来分析RANKL作为治疗骨质疏松症的靶点[25]。之前国内仅仅注重中医药的临床应用，缺少有力的循证医学依据，这是中医药向国外市场推广的瓶颈。本研究提取到的高频次关键词，证明目前关于骨质疏松相关信号通路研究较多，国内专家团队应利用祖国医学的优势及特色，开展更多的相关试验，为中医药治疗骨质疏松提供更多的高质量循证证据，为中医药的推广做贡献。

4 结论

骨组织的代谢比较活跃，整个生命过程中一直在反复的吸收与重建中，骨代谢的吸收和形成属于动态平衡的关系。目前发现多种细胞因子对成骨、破骨过程有重要的调节作用，而且骨质疏松相关的信号通路研究越来越朝着明确的方向进步，未来应增强防范骨质疏松意识，侧重培养专业型精英，加强人才间、学科间的交流与合作，但本研究尚存在一定局限性：文献来源较为单一，结果可能存在偏差，仍需学者们继续研究完善。本研究借助Citespac可视化进一步分析骨质疏松相关信号通路，对骨质疏松的防治作用和治疗方法的创新具有一定的指导意义。