線粒體炫的文獻計量學分析

張雪松，石樹青，胡元會

2008年，北京大學程和平院士團隊首次提出“線粒體炫”概念[1]，指出線粒體炫是一種時程10 s、隨機產生的線粒體動態活性事件，首次被定位于線粒體基質的環狀重排的黃色熒光蛋白（cpYFP）檢測到。在哺乳動物心肌細胞、軟骨細胞、上皮細胞、神經元、神經膠質細胞、骨骼肌纖維、成纖維細胞、多種腫瘤細胞系中以及分離的單個線粒體、離體跳動的心臟、斑馬魚、小鼠中均可以檢測到線粒體炫的發生[1-7]。目前，有關線粒體炫的研究認為，線粒體炫與能量代謝、應激響應、疾病和衰老等過程密切相關，調控線粒體炫信號可能為線粒體相關疾病的研究提供新策略[8]。本文采用文獻計量學方法，基于WOS數據庫收錄的關于線粒體炫的資料，對文獻進行梳理，較為直觀的展示其發展趨勢，有助于掌握此研究領域的熱點。

1 材料與方法

1.1 文獻檢索數據來源：WOSCC。檢索策略：主題=mitoflash* OR mitochondrial flash* OR superoxide flash*，時間選擇2008年1月至2021年11月。檢索日期：2021年11月14日。將檢索得到的數據以純文本格式導出，并命名為download_***格式。

1.2 方法利用CiteSpace V 5.8.R1對檢索的文獻進行可視化圖譜展示。參數設置如下：Time Slices:#Year PerSlice=1;Slection Criteria:k=25;Pruning:Pathfinder-Pruning sliced networks and Pruning the merged network。使用CiteSpace進行合著、共被引及共現分析。合著關系圖分別由代表國家、機構、作者元素的節點及節點之間的連線組成。關鍵詞聚類在共現基礎上進行“K”聚類，聚類ID越小代表其規模越大。

2 結果

2.1 年度發文量及引用量檢索共得到文獻132篇，共被引頻次3396次（去除自引），H-index為36。由圖1可知，年度發文量及被引頻次總體呈穩定上升趨勢。2019年發文量18篇，達到最高。

圖1 年度發文量及被引頻次

2.2 合著關系分析—國家、機構、作者共20個國家、127個機構和250名作者為線粒體炫的研究作出貢獻（圖2~4）。其中中國、美國以及加拿大發文量排名前3，各個國家之間連線較少，應加強國家間合作。北京大學、華盛頓大學以及羅徹斯特大學發文量排名前3。節點外緣的紫色代表高中介中心性，由圖3可知，北京大學、波恩大學和華盛頓大學中介中心性高，代表該機構在此研究中地位舉足輕重。來自北京大學的程和平院士不僅發文量高，中介中心性也位居第一。

圖2 國家可視化圖譜

圖3 機構可視化圖譜

圖4 作者可視化圖譜

2.3 共被引分析—文獻共456篇文獻被共引（圖5），圖6展示了共被引文獻的引用時間演變。共被引頻次最高的是Wang W 2008年發表在Cell（IF:41.582）上的一篇文獻[1]，本文首次在多種細胞類型的單個線粒體內和完整心臟內發現定量和瞬時超氧化物產生事件 —“線粒體炫”，指出線粒體炫的產生與線粒體瞬時通透性轉換孔道（mPTP）。

圖5 共被引文獻可視化圖譜

圖6 共被引文獻時間線視圖

開口與通過線粒體電子傳遞鏈（ETC）和ATP依賴途徑增加超氧化物產生之間的獨特功能耦合，線粒體炫活動增加有助于缺氧后在再氧合期間產生的ROS的破壞性爆發，并將線粒體炫作為氧化應激相關疾病的生物標志物。排名第二位的是Fang HQ 2011年發表在Cell Research（IF:25.617）上的一篇文獻[9]，本文首次在表達超氧化物生物傳感器的mt-cpYFP轉基因活小鼠中進行“超氧炫”和瞬時線粒體通透性轉變（tMPT）的體內成像，并證實它們與全身葡萄糖代謝的耦合，標志著線粒體功能和ROS信號傳導在健康和疾病中研究的重要技術和概念進步。排名第三位的是Ma Q 2011年發表在J BIOL CHEM（IF:5.157）上的一篇文獻[4]，本文指出tMPT/超氧炫在氧化應激期間充當介導凋亡反應的早期線粒體信號，并首次證明了其在決定細胞命運方面具有高度有效的局部線粒體ROS信號傳導。圖7展示了前3篇共被引文獻的引用次數的年度變化以及彭南特圖。

圖7 共被引文獻引用次數變化及彭南特圖

2.4 共現分析—關鍵詞關鍵詞對研究熱點進行合理描述，反映論文的核心內容。運行citespace生成包含273個節點和884條線的關鍵詞共現圖譜（圖8A），對關鍵詞進行中介中心性計算，將頻次和排名前10的關鍵詞歸納見表1。在關鍵詞共現基礎上進行聚類，得到15個聚類群（圖8B），聚類具體信息詳見表2。圖9勾畫出聚類之間的關系以及關鍵詞的歷史跨度。

表1 頻次及中心性排名前10的關鍵詞

表2 各聚類具體信息

圖8 關鍵詞共現及聚類圖

圖9 關鍵詞時間線視圖

3 討論

本研究利用CiteSpace軟件對2008～2021年WOS核心合集數據庫中線粒體炫相關文獻進行分析，并對文獻中國家、機構、作者、共被引文獻以及關鍵詞進行深入挖掘，從多個角度綜合分析知識圖譜。共被引文獻分析可以指導此研究領域的基本方向或熱點問題。引用排名前3的文獻是該領域的核心文獻，值得深入研究。對關鍵詞共現及聚類相結合進行分析，總結如下：

線粒體炫發生的前提條件是線粒體處于可興奮的狀態，線粒體呼吸保持正常運行[10]、有氧環境[11]以及mPTP的隨時瞬時開放[12]對于線粒體炫的發生發揮重要作用。ETC抑制劑—復合物Ⅰ~Ⅳ有效抑制線粒體炫的發生[1]。通過心臟特異性敲除復合物Ⅰ的組裝亞基Ndufs4來限制電子進入復合物Ⅰ，抑制心肌細胞中的線粒體炫活動[13]。線粒體炫在線粒體DNA和ETC缺失的ρ0143B人骨肉瘤中不表達[1]。mPTP激動劑增加線粒體炫發生頻率，Cyclophilin D（CyPD）是mPTP的重要調控分子，使用CyPD的抑制劑環孢素酶A或在心臟中敲除CyPD均使線粒體炫發生頻率減半[1,14]。線粒體炫的ROS組分（超氧炫）[15]和基質Ca2+[16]升高都作為信號發揮作用。線粒體Ca2+信號調節線粒體mPTP的開放以及ROS的產生，線粒體炫頻率與HeLa細胞中穩定的線粒體Ca2+濃度之間呈正相關[16,17]。在線粒體炫發生過程中，ROS和Ca2+可協同增加線粒體炫發生頻率[18]，其他閾值下的Ca2+濃度在增加線粒體炫活性的同時，使線粒體基底ROS輕度增加[16]。Hou等[19]研究發現，EFHDI作為一種新型線粒體Ca2+傳感器，在不改變線粒體Ca2+、ROS產生和線粒體呼吸的情況下調節線粒體炫頻率，這可能是Ca2+調節線粒體炫發生的一種潛在機制。

研究表明，線粒體炫與能量代謝相關，為心肌細胞提供過剩底物刺激線粒體呼吸加速，細胞內ATP水平升高，伴隨線粒體頻率增加，線粒體炫頻率的降低有助于提高ATP的穩定性[13,16,20]；有學者將線粒體炫發生頻率作為線粒體代謝狀態的生物標志物[8]。線粒體炫參與細胞分化、增殖及干性維持[21]，推動HeLa細胞氧化應激發生后死亡進程，對CyPD和Bcl-2介導的細胞凋亡敏感[4]，是氧化應激的重要感受器[6]。線蟲早期的線粒體炫頻率可以預測其壽命，與個體壽命呈負相關，表明線粒體炫參與個體衰老進程[22]。應仲富等研究發現，線粒體炫能增加TET2蛋白結合到干細胞關鍵蛋白Nanog的啟動子，降低啟動子的甲基化水平，從而提高Nanog的表達促進重編程，首次提出在細胞命運決定中，線粒體炫能通過調控表觀遺傳學影響細胞命運。上述實驗結果為將線粒體炫作為線粒體相關疾病病理學研究和醫療干預研究新視角提供基礎支持，或將成為未來研究趨勢。

本研究不僅體現了線粒體炫相關領域整體的研究現狀，而且以圖譜的形式呈現當前研究熱點，可為研究人員提供更多參考。