《Beni-Suef University Journal of Basic and Applied Sciences》：Quorum sensing research in bioluminescent bacteria: a global scientometric mapping of research trends, knowledge structure and emerging research frontiers
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背景：发光细菌中的群体感应（Quorum Sensing, QS）是细菌细胞间通讯的基础机制，但该领域的全球发展态势尚未经过系统的科学计量学评估。本研究对发光细菌群体感应研究进行图谱绘制，以评估其发展轨迹、知识结构（Knowledge Struc
摘要专业翻译
背景：发光细菌中的群体感应（Quorum Sensing, QS）是细菌细胞间通讯的基础机制，但该领域的全球发展态势尚未经过系统的科学计量学评估。本研究对发光细菌群体感应研究进行图谱绘制，以评估其发展轨迹、知识结构（Knowledge Structure）、合作网络及新兴研究前沿。
主体内容：一项全面的Scopus数据库检索共获得1977年至2025年间发表的1,470篇原始研究论文。经数据清洗与标准化处理后，研究人员采用Bibliometrix/Biblioshiny及VOSviewer软件，对发文趋势、被引情况、核心作者、研究机构、期刊、国家、合著关系、关键词共现、主题演化、战略主题图谱及多维尺度分析（Multidimensional Scaling, MDS）进行了系统分析。研究结果显示，发文量呈稳步增长态势，2006年后加速攀升，并于2020年代初期达到峰值。美国和中国为主要贡献国家，其中普林斯顿大学（Princeton University）、根特大学（Ghent University）及Bonnie L. Bassler影响力尤为突出。研究主题已从LuxI/LuxR信号传导、细菌发光及自诱导（Autoinduction）机制，逐步转向生物膜调控（Biofilm Regulation）、群体淬灭（Quorum Quenching）、抗菌药物发现、水产养殖、微生物生态学、组学技术及系统生物学等领域。国际合作日益增强，研究呈现多学科交叉融合特征。
结论：本研究首次对发光细菌群体感应研究进行了系统的科学计量学综合，识别了关键贡献者、不断演进的知识结构、转化研究缺口及未来研究重点，为微生物通讯、生物技术、环境微生物学及抗毒力（Anti-virulence）研究提供了重要参考依据。
论文主体内容学术总结
1 引言
群体感应（Quorum Sensing, QS）是细菌细胞间通讯的高度保守机制，细菌通过产生、释放、检测并响应被称为自诱导物（Autoinducer）的小信号分子来协调群体行为。该调控过程使细菌群体在达到临界细胞密度时同步基因表达，从而优化单细胞难以高效完成的生理活动。群体感应最早的实验证据来源于海洋发光细菌研究，尤其是Aliivibrio fischeri（原Vibrio fischeri）和Vibrio harveyi，研究发现细菌发光的产生依赖于群体密度而非组成型基因表达。这些开创性发现确立了LuxI/LuxR信号传导范式，将人们对细菌的认知从孤立生物体转变为具备复杂通讯能力和对环境刺激做出协调响应的高度互动的微生物群落。此后，群体感应研究迅速扩展到环境微生物学、海洋生态学、传染病学、生物技术、合成生物学及抗菌素耐药性等多个学科。全基因组测序、转录组学、蛋白质组学、代谢组学及系统生物学的进展显著提升了人们对群体感应调控回路复杂性及其与其他细胞网络相互作用的理解。除调控生物发光外，群体感应已被证实可调控生物膜形成、运动性、毒力因子产生、水平基因转移、应激适应及共生互作，凸显其在细菌生态与进化中的核心作用。这些发现也推动了靶向细菌通讯而非生存能力的群体淬灭（Quorum Quenching）策略的发展，为对抗抗菌素耐药性提供了有前景的替代方案。鉴于该领域文献量持续增长，传统叙述性综述已难以全面评估该领域的知识发展格局，科学计量学分析应运而生，通过文献计量绩效指标与科学图谱技术，为评估科研生产力、合作网络、引文影响、主题演化及知识结构提供了客观视角。尽管发光细菌在群体感应理论的发现与发展中具有关键作用，但尚无研究对该基础研究领域进行系统性的科学计量学考察。因此，本研究旨在利用Scopus数据库对发光细菌群体感应研究进行全面的科学计量学分析，具体目标包括：评估年度发文与引文趋势；识别核心期刊、作者、机构与国家；通过合著网络分析表征国际合作特征；运用关键词共现、主题演化、战略主题图谱及多维尺度分析考察文献的概念与知识结构；识别新兴研究热点与未来方向。
2 材料与方法
2.1 研究设计
本研究采用科学计量学方法考察发光细菌群体感应研究的知识结构与演化发展。科学计量学分析通过评估文献元数据、发文生产力、引文绩效、作者-机构-国家间的合作关系及关键词共现模式，为考察科学知识动态提供了稳健的定量框架。该方法能够全面表征研究领域的知识结构、识别有影响力的科学贡献者，并评估合作与主题关系，同时有助于系统考察研究增长、主题多样化及新研究方向的出现。
2.2 数据来源
文献记录仅从Scopus数据库获取，因其覆盖了微生物学、海洋生物学、细菌学、微生物生态学及生物技术领域的同行评审期刊，并提供全面的引文索引和标准化文献元数据。相较于其他多学科引文数据库，Scopus在应用微生物学与微生物科学领域收录了更广泛的期刊，从而改善了涉及细菌通讯、海洋发光细菌、群体感应机制及其生物技术应用的跨学科研究的代表性。仅使用单一数据库亦增强了方法严谨性，确保元数据与引文记录在整个分析流程中的一致性。导出的元数据包括出版年份、文献标题、作者信息、机构与国家归属、期刊来源、摘要、作者及索引关键词、学科分类、引文计数及期刊级CiteScore指标。
2.3 检索策略与数据提取
文献检索于2026年6月30日在Scopus数据库的TITLE-ABS-KEY字段中执行，并依据PRISMA框架组织文献筛选流程。检索策略结合两个概念模块：一是描述群体感应、自诱导物介导通讯及相关lux调控系统的术语；二是描述细菌生物发光及明确界定的发光细菌分类群的描述符。未设置下限定出版年份，出版年份限制为截至2025年，以排除索引不完整的2026年记录。在分类学特异性方面，采用Aliivibrio fischeri作为首选学名，同时保留其旧称Vibrio fischeri以覆盖历史命名下的文献。属级术语"Vibrio"因涵盖众多非发光物种而被排除在最终检索策略之外。检索策略将明确指代细菌生物发光的通用描述符与已确立的发光细菌物种名相结合。检索后通过标题与摘要评估验证策略特异性，仅保留与细菌生物发光、公认发光模式生物或利用发光细菌系统研究群体感应机制明确相关的记录。完整的Scopus高级检索式在文中完整呈现。
2.4 数据清洗与标准化
在科学图谱分析前进行了人工数据清洗与文献标准化，包括重复检测与移除、作者与机构名称标准化，以及使用人工编制的同义词词表进行系统关键词整合。同义词整合涵盖酰基高丝氨酸内酯（Acyl Homoserine Lactone, AHL）系列术语、抗菌活性、抗生物膜、自诱导物-2（Autoinducer-2, AI-2）、生物膜、生物传感器、自诱导物、细菌生物发光、益生菌、细菌荧光素酶及群体感应等。分类学命名亦进行了标准化，但Vibrio fischeri与Aliivibrio fischeri作为独立关键词条目保留，以保持其在文献元数据中的原始表征。此外，从基于关键词的科学图谱分析中排除了缺乏概念特异性或属于宽泛分类学、方法学描述的术语，包括Bacillus subtilis、Escherichia coli、Pseudomonas aeruginosa等非发光菌物种名及细菌、Vibrio、抑制剂、调控等宽泛术语。这些排除仅针对关键词分析层面，不构成记录级排除。
2.5 网络阈值与可视化参数
关键词共现分析采用全计数法，仅保留在标准化数据集中出现至少五次的术语。国际合著图谱要求国家至少贡献十篇论文方可纳入主要合作网络。这些阈值在可视化前应用，以提高网络稳定性、减少视觉噪声，确保图谱突出重复出现且具有分析意义的关系。
2.6 数据分析
科学计量学分析使用导出的Scopus文献数据集，通过Bibliometrix/Biblioshiny（R包）和VOSviewer 1.6.20两个互补平台执行。Bibliometrix用于生成描述性文献计量指标，包括年度科学生产、引文绩效、来源生产力、机构产出及主题趋势；VOSviewer用于构建和可视化基于合著与关键词共现关系的文献计量网络。此外，应用了网络图谱、时间趋势分析、战略主题图谱、主题演化及多维尺度分析等多种可视化方法。
3 结果
3.1 年度发文、引文趋势与时间动态
共从Scopus数据库检索并分析了1,470篇原创研究论文。1977年至2025年期间，发光细菌群体感应研究的年度科学生产呈现显著长期增长态势。1970年代末至1990年代初为形成期，年发文量通常低于10篇；1990年代研究活动加速，从约每年5-10篇增至末期约20-25篇；2000年代初期年产量在约20-35篇之间波动；2000年代中期至后期出现显著增长，2008年超过60篇；此后进入持续高产阶段，多数年份产出约40-70篇。发文量约在2016年达到峰值（接近75篇），2020-2021年及2024年出现进一步峰值。引文趋势方面，早期出版物年均被引率较高，1981年约9次/年，1984年超过11次/年，为整个研究期间最高值；1994年约6次/年，1999年超过8次/年出现再度峰值；2000年代初期年均被引约6-8次；2000年代中期后趋于稳定，通常约3-4次/年。探索性生命周期可视化显示拟合逻辑斯蒂轨迹，估计峰值约在2018.7年，但该值为模型依赖的描述性估计。累积增长曲线呈S形轨迹，估计渐近容量约2,211篇论文。
3.2 高产国家
国家层面发文分布呈现显著地理集中性，美国以560篇论文位居首位，约为第二名中国（192篇）的三倍。英国以97篇排名第三，德国80篇，印度69篇。法国64篇，日本60篇，加拿大57篇，俄罗斯与比利时各56篇。发文量排名反映Scopus索引文献中的国家代表性差异，但不应独立解读为科学影响力或研究质量的指标。
3.3 核心作者
Bonnie L. Bassler以61篇论文位居作者发文量首位，Everett Peter Greenberg以36篇排名第二，Paul Williams、Tom Defoirdt和Peter Bossier各贡献32篇。Edward G. Ruby和Edward A. Meighen各23篇，I. V. Manukhov 22篇，Eric V. Stabb 21篇，Paul V. Dunlap 19篇。20位高产作者中，美国占八位，比利时三位（均来自根特大学），俄罗斯和加拿大各两位。
3.4 核心期刊
《Journal of Bacteriology》以104篇论文和13,404次总被引位居第一，平均每篇被引128.88次，数据集特定h指数为65。《Applied and Environmental Microbiology》与《Molecular Microbiology》各45篇并列第二，但后者累计7,273次被引、平均每篇161.62次，明显高于前者（3,371次，平均74.91次）。《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》（PNAS）虽仅30篇，但累计6,479次被引，平均每篇215.96次，为最高ACP值。
3.5 核心机构
普林斯顿大学以64篇论文位居机构发文量首位，根特大学以45篇排名第二。霍华德·休斯医学研究所与英国诺丁汉大学各39篇并列第三，法国国家科学研究中心（CNRS）以36篇排名第五。前十机构中美国占五席，比利时、英国、法国、俄罗斯、加拿大各一席。
3.6 科学合著与合作网络
国际合著分析显示，发光细菌群体感应研究的国际合作围绕一个密集互联的核心展开，美国占据突出且中心的位置。叠加可视化揭示了合作网络的逐步地理扩展：较早平均发表年份的国家构成既有合作核心，而较新颜色代表的国家反映新兴或日益活跃的贡献者。机构层面呈现模块化合作结构，包含若干通过少量桥接机构连接的独立集群，红色集群占据相对中心位置，具有众多机构间连接。
3.7 关键词共现网络分析
关键词共现网络显示"群体感应"占据最大且最中心的位置。网络分为若干相互关联的主题集群：一个主要集群围绕细菌生物发光与群体感应机制，包含Vibrio、Vibrio fischeri、自诱导物及lux相关调控术语；紧密相连的集群涵盖基因表达、转录调控、信号分子与细菌通讯；其他集群延伸至生物膜、毒力、抗菌活性及群体淬灭相关概念。叠加可视化显示，早期关键词集中于生物发光、细菌通讯、Vibrio信号传导、自诱导物及群体感应调控等既定机制基础，较近年份的关键词则越来越多地分布于生物膜形成、毒力调控、抗菌活性、群体感应抑制/群体淬灭及应用微生物互作等主题。
3.8 趋势与热点主题
趋势主题分析揭示了从基础分子研究向日益多样化的机制与应用主题的清晰时间演进。早期研究以lux基因、自诱导、Photobacterium phosphoreum、噬菌体、信号转导、lux操纵子及Vibrio fischeri为主导。2000年代末至2010年代初，主题景观向细胞间通讯、发光、细菌荧光素酶、自诱导物、酰基高丝氨酸内酯、细菌生物发光、弧菌科及LuxR拓展。2010年代中期出现海洋细菌、合成生物学、自诱导物-2及群体感应等主题。2010年代末至2024年的近期研究显著转向群体感应的功能操控及其与致病性和抗菌干预的关系，群体感应抑制剂、群体淬灭、生物膜、毒力因子、分子对接、弧菌病及Vibrio harveyi等主题成为热点。词云显示"群体感应"为最频繁术语，"细菌生物发光"居第二，"生物膜"的突出亦表明研究已超越发光调控向其他群体行为拓展。
3.9 概念结构图谱
战略主题图谱右上象限的驱动主题包含与Vibrio fischeri、发光及lux相关的集群；左上象限的利基主题包括Vibrio harveyi、群体淬灭、弧菌病、合成生物学、毒物兴奋效应（Hormesis）及Aliivibrio fischeri集群；右下象限的基础主题包含细菌生物发光、细菌荧光素酶及生物传感器集群；左下象限包含毒力因子、群体感应抑制剂及基因表达，属于新兴或衰退主题。主题演化图跨越1977-2002至2022-2025六个时期，显示早期文献围绕细菌生物发光、lux操纵子、发光、Vibrio fischeri、Vibrio harveyi、细菌荧光素酶及酰基高丝氨酸内酯组织；2003-2009年这些基础主题日益汇聚于群体感应；2010-2013年细菌荧光素酶、群体感应、自诱导物、发光、生物膜及细菌生物发光构成突出主题流；2014-2017年起主题结构日益应用导向化，群体感应与群体淬灭、细菌生物发光、Vibrio harveyi、生物膜、自诱导物-2、抗菌活性及合成生物学紧密关联；2018-2021年突出主题流包括群体感应、细菌生物发光、生物膜、自诱导物-2、群体淬灭、自诱导物、酰基高丝氨酸内酯、抗菌活性及毒物兴奋效应；2022-2025年生物膜与群体感应仍为可见主题，伴随群体淬灭、毒力因子、自诱导物-2、Vibrio harveyi及抗生素耐药性。多维尺度分析识别出四个不同概念集群：大型紫色集群位于中心区域，整合基因调控、lux基因、luxR、发光、细菌通讯、共生等基础主题与群体淬灭、群体感应抑制剂、抗菌活性、抗生物膜活性、抗生素耐药性、分子对接、运动性、毒性、Vibrio harveyi及Vibrio parahaemolyticus等应用主题；青色集群包含Photobacterium、Aliivibrio及自诱导，代表更专门的有机体与机制研究领域；红色集群由水产养殖、益生菌及弧菌病构成，形成明确分化的应用主题；绿色集群包含毒物兴奋效应与Aliivibrio fischeri，为空间上最孤立的主题分组。
4 讨论
本研究的科学计量学模式表明，发光细菌群体感应研究已从海洋微生物学的细分领域演变为持续高产、日益跨学科的研究领域。1990年代发文量逐步增长，2006年后快速扩张，2010年代及2020年代初期持续高产，这反映了群体感应从主要与细菌发光相关的现象向调控微生物通讯、毒力、生物膜形成、共生及环境适应的通用调控机制的广泛转变。地理与机构分布显示科研生产力集中于在分子微生物学、海洋生物学及生物技术领域有长期投入的国家，尤其是美国（560篇）和中国（192篇）。普林斯顿大学（64篇）与根特大学（45篇）等机构的突出地位，以及Bonnie L. Bassler、Everett Peter Greenberg、Paul Williams、Tom Defoirdt和Peter Bossier等高产作者，反映了持续机构研究计划在推动概念进展方面的重要性。Bassler关于自诱导物信号传导、种间通讯及通用细菌语言的先驱性研究从根本上重塑了人们对群体感应的理解。Defoirdt及其同事通过展示群体淬灭策略在水产养殖和疾病控制中的实际应用，实质性拓展了该领域。广泛国际协作网络的存在表明当代进展日益依赖整合微生物学、海洋科学、结构生物学、生物信息学、合成生物学及生物技术的多学科伙伴关系。概念演化分析提供了充分证据表明该领域的知识焦点已从细菌发光的描述性表征向功能与应用导向研究深刻转型。早期对lux基因、Vibrio fischeri、细菌荧光素酶及自诱导的关注反映了发光细菌作为实验模型的历史重要性，而近期生物膜抑制、群体淬灭、转录组学、代谢组学、全基因组测序、微生物组研究、分子对接及系统生物学的突出则展示了高通量技术如何将研究重点从单一信号通路拓展至微生物行为的系统层面理解。
