基于词频分析和共词聚类的大麻素热点问题的研究*

汪佩

(西安开放大学,陕西 西安 710061)

大麻是一种古老的药用植物[1],现代研究表明,大麻对神经系统、免疫系统等有重要的调节作用,使得其可以治疗一系列的失调症,包括脑梗死、帕金森、疼痛阿尔兹海默症等中枢神经系统变性病[2-3]及多发性硬化、关节炎等神经系统炎性疾病[4-5],同时,大麻也可调节情绪情感、记忆、食欲、行为控制等神经活动过程[6-9]。从大麻中分离出来的大麻素包括重要活性成分四氢大麻酚(Tetrahydrocannabinol,Δ9-THC)、大麻二酚CBD(cannabidiol,CBD)以及其它400多种大麻类物质的有效成分。大麻素类化合物包括植物提取类大麻素、内源性大麻素和合成类大麻素,在体内具有广泛的生理和药理作用。目前人体内已被证实的大麻素受体分别是大麻素受体-1(cannabinoid receptor-1,CB1)和大麻素受体-2(cannabinoid receptor-2,CB2)。内源性大麻素也作用于TRPV1(Transient receptor potential vanilloid type-1,TRPV1)受体,也可能包括G蛋白偶联受体GRP55和119等[10-11],被认为可能是新型大麻素受体。CB1和CB2受体均属于7次膜贯通G蛋白偶联受体。CB1受体主要表达在中枢神经系统,脑内CB1R主要分布于大脑皮质、小脑、海马、基底核等,多定位于神经末梢突触前膜,调节GABA、多巴胺、去甲肾上腺素、谷氨酸和5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)等神经递质的释放,而CB2受体则主要表达在造血细胞和外周组织中与免疫系统相关的细胞,发挥免疫调节作用,并可以抑制多种细胞因子的释放[12-13]。然而,最新研究发现大脑、CNS中小脑、脑干内也存在CB2受体[14-15],同时外周组织或器官中也有CB1受体在行使功能,外周CB1R主要分布于内分泌腺、心脏、肝脏、胰脏、脾脏、骨骼肌和胃肠道等[16-18]。自从上世纪90年代初期发现内源性大麻素系统以来,人们对其结构和功能进行了大量的研究。虽然至今在国内关于大麻素的研究已积累了颇硕的研究成果,但很少有研究者进行深入的量化研究和实证分析,而且由于不系统、不精确的样本选取方式及缺乏研究结果的可视化分析,很难把握大麻素的研究现状及不足之处。基于此,本研究借助SATI(文献题录信息统计开发工具)、UCINET(社会网络分析工具)、SPSS(社会科学统计安装包)等软件、采用词频分析和共词聚类等方法对国内文献期刊发表的与大麻素相关的论文进行高频词的统计分析,进一步明确大麻素的研究热点和发展脉络,为以后的研究提供借鉴和指引以更加完善大麻素研究的理论体系。

1 研究方法和框架

1.1研究方法 一篇文章的关键词是表征全文主题内容信息、揭示文献本质的术语,是文章内容的浓缩和提炼。词频分析法是利用关键词在某一研究领域文献中出现频率的高低来确定该领域研究热点和研究趋势的文献计量学方法[19-20]。共词聚类分析法[21]采用聚类的计算方法,对文章中共现的词对(主题词或关键词)的关联性进行运算,将关系密切的词聚集归类,形成一个个相对独立的类群或类团,从而达到挖掘隐含信息的目的。由此,统计一组文献的主题词之间两两在同一篇文献出现的频数,便可形成一个由这些词对关联所组成的共词网络,网络内节点之间的远近便可以反映主题内容的亲疏关系。社会网络分析是对社会关系结构及其属性加以分析的一套规范和方法,它以对社会行动者之间的互动关系研究为基础[22]。一个社会网络是由多个节点和各点之间的连线组成的集合。节点代表网络中的社会行动者,可以是人物、机构或地点等等;连线代表了行动者之间的关系。

1.2研究框架 本文以国内相关研究为基础,采用词频分析和共词聚类等方法,统计分析1997年10月—2021年3月CNKI数据库中以“大麻素”为主题的论文,将结果以可视化的图表呈现,揭示大麻素研究热点和研究趋势。论文框架如图1所示。

图1 检索全部文献的关键词共现矩阵的知识图谱

2 词频分析

2.1样本选择 以“大麻素”为主题,以1997年10月和2021年3月作为起止日期,在CNKI里进行检索,共得到969篇文献,剔除无关后,最终得到598篇文章,最后保存成EndNote形式的文本文件。

2.2词频分析 运用文献题录信息统计分析工具SATI[23]提取关键词并且计算词频,取出频次前30位的词汇作为高频关键词,结果如表1所示。

表1 检索全文文献的高频关键词

同样的方法,计算文献来源出现的频数,确定频次为4次及以上的来源为高频来源,如表2所示。

表2 检索全部文献的高频期刊

2.3知识图谱 利用UCINET对文献关键词的共现矩阵进行社会网络分析,生成共现矩阵知识图谱如图2所示。

图2 检索全部文献的关键词共现矩阵的知识图谱

3 共词聚类分析

通过共词聚类分析可以得到大麻素相关研究领域的相关性,对其加以归类分析,从而预测这一领域的研究趋势。运用SPSS软件对所获得的前30位高频词进行聚类分析,分别得到共词聚类树状图(如图3)、聚类分析凝聚状态表(如图4)。

图3 共词聚类树状图

4 分析结果

通过对关键词的词频分析,可以看出目前国内对大麻素的研究主要集中在大麻素受体、大麻素、内源性大麻素、内源性大麻素系统等方面,纵观高频关键词,可将它们归为以下几类:①表征大麻素理论研究方向的关键词,如大麻素、大麻素受体、内源性大麻素系统等;②表征大麻素应用领域方面的关键词,一方面集中在大麻素系统与疾病治疗领域,如肥胖、帕金森病、肝纤维化、炎症等;另一方面是大麻素受体激动剂与拮抗剂WIN55212-2、利莫那班等的人工合成;③表征大麻素研究方法的关键词,包括电针、预处理等。

这使我们对大麻素的研究热点有了更加整体和系统的把握,但仅仅按照高频词的出现频次对其进行线性分析,并不能全面反映高频词间的相互联系,需要后续共词聚类分析,挖掘更深层次的关系。

高频来源学术期刊主要集中在中国药理学通报、中国疼痛医学杂志、国际眼科杂志、华中科技大学学报(医学版)、神经解剖学杂志、中国新药杂志、现代生物医学进展、临床肝胆病杂志、生理科学进展、生理学报等期刊,可见这些期刊比较关注大麻素相关研究领域的进展。

如图2所示,各关键词在内源性大麻素系统研究领域被学者的关注度及它们之间的相互关系在图中清晰可见。网络密度、点和图的中心性等指标是社会网络分析的重要依据。网络密度反映的是网络成员联系的紧密程度,密度越大,网络成员之间的关系越密切;点的中心度刻画一个节点与其他节点的相连程度,如果一个关键词与其他关键词直接相连的次数越多,则反映这个关键词有较高的点度中心度;图的中心度刻画网络整体的聚集度,可以对网络的集中趋势、分散态势及核心节点有大致的把握。

结合文献和解读知识图谱可知,关于大麻素的研究的整体结构呈现整体聚集与相对分散相结合的布局。内源性大麻素系统、大麻素、大麻素受体等关键词处于网络的中心地位且与较多的词有联系,说明围绕这些关键词展开的研究已成为大麻素研究的热点且成果颇丰;镇痛作用、神经保护等关键词密度小但向心度大,说明学者对它们的研究关注程度加强,但相关研究还不成熟;同理,大麻素Ⅰ型受体、缺血再灌注、炎性痛等关键词向心度小但密度大,说明该领域的研究初具规模,但目前来看并没有极高的关注度。

图3显示,SPSS将类间距离自动分为0～25之间相等的段,左侧一列为各高频关键词,这一列的数字表示各高频关键词的出现频数排序,而右侧的树状结构则表示各个高频关键词的距离。其中,关键词距离越近,则代表这些关键词共现次数越多,可以聚集成为同一个研究热点领域,“受体”“大麻酚”“CB1”距离最近,首先可以合并归类。凝聚过程也清晰地表现在树状图上。

分析图3各类团连线距离远近,可将所选高频关键词分为三大类团,第一大类包括受体、大麻酚、CB1等关键词,第二大类由内源性大麻素系统、电针、肝星状细胞、肝纤维化、帕金森病等关键词组成,最后一类包括关键词WIN55212-2。从聚类分析得到的结果来看,我国大麻素研究主要集中在以下几个研究方向:

4.1内源性大麻素系统与一些疾病的研究 大麻受体、内源性大麻素及在体内参与大麻素合成、分解、代谢的酶类共同构成内源性大麻素系统。内源性大麻素与肥胖、血脂异常、疼痛、药物成瘾、肝病、肿瘤、青光眼、哮喘、药源性呕吐等疾病及免疫调节、能量代谢等[9,24-25]有密切的关系,大麻素系统紊乱将导致神经系统、免疫系统、心血管系统、消化系统相关疾病和肿瘤的发生。根据表1中高频关键词及图3中类团2可见,近年来内源性大麻素系统与疾病的研究主要集中在通过内源性大麻素系统治疗神经系统疾病如帕金森、心血管疾病、肥胖及通过内源性大麻素调控肝形状细胞进而改善肝纤维化等方面。这一研究属于基础理论与实际应用相结合的研究范畴。理论研究主要集中在阐明内源性大麻素系统在疾病中的作用及相关机制、拓宽对大麻系统理解宽度和认识深度以进一步探究其对疾病的预防与保护作用[26]。

4.2大麻素受体的研究 这类研究主要包括对已发现的大麻素CB1受体和CB2受体在各类疾病中含量的变化、作用机制的研究以及对其他可能存在的受体的探究,现已有证据表明[27]中枢神经系统、血管内皮细胞中还可能有非CB1、CB2的新型大麻素受体存在。大麻素受体在体内不同区域的分布有差异,在不同组织或同一组织不同部位,CB1受体分布均衡性不同;在抑制性神经元的表达量高于兴奋性神经元,大麻素受体这种特殊的分布状况决定了大麻素系统的分子和解剖学基础。在不同组织器官中,作用于大麻素受体的内源性配体存在含量水平的差异性,这种浓度的差异表明大麻素系统在生物体内发挥着复杂的生理病理作用。

4.3大麻素受体激动剂与拮抗剂的合成 主要研究开发与天然大麻素结构相似的合成大麻素,通过激活或抑制大麻素受体而调节某一生理过程、或使用大麻素受体激动剂与耐受药物联合使用,克服药物耐受、增强药效、减少毒副作用从而达到更好的治疗效果。如大麻素受体激动剂WIN55212-2、cp55940等,大麻素受体拮抗剂AM281、AM251、利莫那班等。大多数的大麻素受体激动剂对两种大麻受体没有特异性,而人工合成的大麻素受体拮抗剂则相反,其对两种大麻受体有很高的特异性,除此之外,大麻素类化合物对不同部位受体的亲和力和作用效果不同。

5 展望

5.1内源性大麻素的合成、转运、代谢的研究 尽管大量体外实验表明作用大麻素受体的药物具有神经保护作用,但临床应用这些药物仍需解决以下问题[28]:首先,CBRs(大麻素受体)在体内分布广泛,直接作用CBRs的药物缺乏组织选择性;其次,直接作用CBRs的药物多数易被体内酯酶或酰胺酶水解,影响药效持续时间和强度。除此之外,由于CBRs两种受体的序列同源性约为44%,鉴于在CB1和CB2受体之间相当低的序列相似性,识别药理学上有更多差异的候选受体可能是困难的。另外,机体则采用“按需”的合成方式释放内源性大麻素,发挥作用之后在相应酶的作用下讲解、失活,具有时空特异性和靶向性。因此,对内源性大麻素合成、转运、代谢的深入研究将有助于揭示内源性大麻素系统在生理、病理上的作用,为进一步确定药物合适剂量与作用的相互关系及有效给药途径提供理论依据。我们也猜想,通过抑制大麻素转运载体或水解酶活性,提高内源性大麻素的组织水平,为疾病治疗开创新的途径。

5.2大麻素应用的研究 大麻素几乎对我们机体的所有系统都有影响,对大麻素的研究必然在未来将占据至关重要的地位。因此需要进行更多的应用研究发掘其医用价值,如对大麻素的镇痛、抗癌效用的研究、全草或单一成分疗效的研究,应尽量推进医用大麻类药物的合法化进程,让大麻更好的造福公众健康。

5.3大麻素受体对疾病作用机制的研究 针对已发现的两种大麻素受体亚型CB1受体和CB2受体及可能存在的其他受体,进一步阐明其生理功能和药理效应,试图将其作为潜在的治疗靶点:①利用大麻素受体激动剂或拮抗剂激活或阻断大麻素受体为疾病治疗提供新的方案;②基因剔除大麻素受体;③为外周CB1阻断治疗带来新的手段和希望。

现有研究表明[29-32],CB1受体的激活能够抑制N-和P/Q-型钙通道并激活内向整流钾通道和A型钾通道,从而抑制神经元的兴奋性和神经递质的释放。进一步探究大麻素、大麻素受体、离子通道之间的关系,尝试使用离子通道激活剂或阻断剂开放或关闭离子通道间接作用于大麻素受体的方式为疾病治疗创造新的途径。

鉴于目前研发的大麻素受体激动剂或拮抗剂因中枢作用产生的减退认知和记忆力、烦躁、产生幻觉等副作用限制其临床应用[33],所以深入研究大麻素受体激动剂与拮抗剂的作用机制以便为治疗策略的探索和临床治疗新型辅助药物如外周选择性大麻素受体拮抗剂的研发提供更有力的理论指导。由于大麻素类物质精神活性主要与中枢CB1有关,这也提示未来外周CB1、CB2受体成为疾病更普遍的治疗靶点。同时已有研究表明[34],大麻素受体可与食欲素OX受体、肾上腺素受体形成异源二聚体[35],这种错综复杂的受体间相互作用会影响大麻素受体激动剂或拮抗剂的作用效果,不仅具有协同作用,甚至出现拮抗作用[36-40],因此,研发高效特异的靶向药物显得尤为重要,同时大麻酚(cannabigerol,CBG)、大麻二酚(cannabidiol,CBD)等合成药物在抗炎、帕金森病(Parkinson’s disease,PD)、焦虑等精神疾病的治疗凸显出了其特异的疗效[41-43],虽然我国将成为全球第一个对合成大麻素类物质实行整类列管[44],但随着规范化管理对其研究,必将对其研究更加深入,发现其作用机制,其使用也更加安全、有效。

总之,我国对内源性大麻素系统的基础理论和实际应用的研究虽然处于高速发展时期,但某些方面与国外研究还有相当的差距:①研究的方法和手段有待进一步完善;②理论创新不足,研究深度不够,综合研究成果较少;③尤其是对疾病的研究不够深入。

加强国际学术交流与合作、提高我国在该领域的科研竞争力和学术影响力是我国学者对于大麻素研究的必然选择。