$kanMing, 2016, 11(6): 28-37
Cite this article:
Qi Fengqing , Zhang Meng , Sun Qi , Xue Xiaofang . Analysis of the Development Trend of Botulinum Toxin . 科学观察 [J], 2016, 11(6): 28-37 doi:10.15978/j.cnki.1673-5668.201606003
摘要:
Abstract:
基于Web of Knowledge文献数据平台核心合集(SCI)、TI和Innography,综合应用TDA、SPSS、Excel等软件进行分析,探索肉毒毒素研究领域的发展情况、研究趋势及动态前沿,以期为该领域的决策者制定相关发展策略提供数据支撑,为科研机构及所属人员提供参考。文献计量可视化分析结果显示,肉毒毒素研究主要分布在欧美国家,中国的主要研究力量是军事医学科学院等机构,肉毒毒素主要研究内容为方法检测、预防与应用、疫苗类型及作用机制机理。中国的肉毒毒素研究与国际先进水平尚存在一定差距,应加强基础理论研究以推动专利技术的发展,提高整体研究实力,为应对可能发生的生物恐怖事件提供必要的保障。
关键词:
肉毒毒素
;
文献计量
;
态势分析
Abstract:
To explore the development of botulinum toxin, we analyzed research literature and patent application collected in the database of SCI, TI, Innogarphy of TDA, SPSS, Excel and other softwares. We hope that the visualization analysis can provide data support for policy makers and researchers in the field of botulinum toxin. The results show that main research institutions are distributed in Europe and the United States, and the main force in China is Academy of Military Medical Science. There is still a big gap between China and the developed countries. The main research contents of botulinum toxin are detection, prevention and application, vaccine type and mechanism. We should focus on basic theory and patent technology of botulinum toxin, and improve the ability of preventing terrorist attacks.
Key words:
botulinum toxin
;
biblimetric
;
development trend
1 引言
肉毒毒素(botulinum neurotoxins,BoNTs)是由肉毒杆菌产生的含有高分子蛋白的神经毒素,是目前已知在天然毒素和合成毒剂中毒性最强烈的生物毒素。由于肉毒毒素毒性强,极易通过气溶胶传播,所以常被用于制作生物战剂和生物恐怖剂。美国将肉毒毒素列为最主要的六大生物战剂之一,属于A类生物剂。1984年10月,法国巴黎市政当局破获恐怖分子秘密制造肉毒杆菌毒素的实验室。同年11月,两艘停泊在大西洋军事基地的美国潜水艇遭到肉毒毒素恐怖袭击。1990–1995年奥姆真理教曾三次以毒素气溶胶袭击东京以及在日美军事等多处目标[1]。1995年,伊拉克政府被迫承认,曾研制过1.9万升的肉毒杆菌毒素,此后这些毒素去向不明。美军利用肉毒毒素污染小型武器的弹头,以增强杀伤效应,现已经生产储备这种武器[2]。肉毒毒素一直是各国生物安全防控的重点,特别是9.11事件后,人类受到肉毒毒素等生物战剂和生物恐怖剂的威胁越来越大,肉毒杆菌分子改造和肉毒毒素药物防治、药物研究成为重要领域。本文综合应用多种文献计量和专利计量工具,通过对期刊文献和专利文献的统计和分析,对该领域主要研究国家、研究机构及研究热点进行描述。
2 数据及方法
在Web of Science核心合集中,获得1995–2015年与肉毒毒素研究生物安全类相关文献5 029篇(排除目前应用最多的美容方面的报道,对部分词做了限定),检索式见附录1。文献类型: (Article),索引=SCI-EXPANDED,时间跨度=1995–2015。检索截止日为2015年3月5日,利用TDA分析软件对相关数据进行逐一手工清洗(肉毒毒素现已较多应用于肌肉痉挛、眼睑痉挛、腺体分泌过度、多汗症以及眼科和耳鼻喉科疾病、美容、瘦身、疼痛的治疗等方面),对最终得到的3 430条记录进行分析。在TI和Innography专利文献数据库中,获得1966–2015年3月与肉毒毒素研究生物安全类相关专利文献3 960篇,Innography专利文献数据库检索式件附录2。利用可视化分析工具TDA、SPSS、TI、IN等统计及分析软件,从发文量、生命周期图、重点国家、国家所属机构等分析指标聚类角度对肉毒毒素的总体态势进行探析。
附录1：
Web of Science检索式：(((ts=(Botulinus or Botulism or Botulinum))not (ts=(kreotoxin or creotoxin or creatoxin or Botox or Dysport or Btxa or cosmetology or cosmetic or facial or esthetics or aesthetic or wrinkle or orthopedics or hyperhidrosis or skincare or bromhidrosis or masseter or Aging or masticatory or periorbital or temporal or eyelid or crow's feet or Scar or orofacial or drooling or esotropia or blepharospasm or Achalasia or glabellar or spasticity or procerus)or ts=“hemifacial spasm” )and (ts=(milita* or Warfare or biowarfare or bioweapon or war or combat* or terror* or Bioterrorism or attack* or threat* or Weapon* or toxin or toxoid or bioagent* or bio-agent or biohazard or biodefense or biosecurity or outbreak))))
附录2：
Innography专利文献数据库检索式：@(abstract,claims,title) ((Botulinus or Botulism or Botulinum) not (kreotoxin or creotoxin or creatoxin or Botox or Dysport or Btxa or cosmetology or cosmetic or facial or esthetics or aesthetic or wrinkle or orthopedics or hyperhidrosis or skincare or bromhidrosis or masseter or Aging or masticatory or periorbital or temporal or eyelid or "crow's feet" or =Scar or orofacial or drooling or esotropia or blepharospasm or Achalasia or glabellar or spasticity or procerus or "hemifacial spasm")) @* ((ipc_C07K or ipc_A61K or ipc_A61P) not ipc_A61Q)
3 结果
3.1 论文和专利产出总体发展态势
期刊文献代表的是基础理论科学的研究。统计数据显示,肉毒毒素领域的期刊文献发展较为平稳,呈现稳中有增的发展状态。专利文献代表技术创新。肉毒毒素专利产出在2005年达到高峰(2004–2007年的研究更多关注疫苗)。图1展示了1995–2015年该领域论文和专利文献的年度产出数据。由于专利文献的滞后性,2014和2015年的专利数据仅为参考。
生命周期理论是最常被采用的基础理论[4]。专利技术的生命周期理论上存在5个阶段,即萌芽期、发展期、成熟期、衰退期和复苏期。根据1966–2015年肉毒毒素的专利技术生命周期图(图2,通过Excel散点图所得折线)分析,1966–2001年专利数量随着申请人数增加而快速增加(可能与前文提到的几次恐怖袭击有关),属于“萌芽期”;2002–2007年专利数量迅猛增长,进入“成长期”;2008–2009年稍有回落,在申请人数量增加的情况下,专利数量却相对减少;2009–2013年专利申请人数量及专利申请数量均有下滑现象,为“衰退期”(可能由于疫苗研制成功,对于肉毒毒素的关注度有所下降);近两年专利申请数量与申请人数量均有所回归,研究进入“复苏期”。
3.2 重点国家分析
3.2.1 总量分析
经文献检索分析发现(图3),在专利文献和期刊文献方面,美国、德国、英国分列前3位,其中美国专利文献申请量约占该时期全球申请总量的71%,美国期刊论文数量约占同期世界论文总量的42%。无论技术开发和基础研究,美国均处于引领地位。我国专利申请量和期刊论文发表量分别排在第9和第8位,与澳大利亚、韩国、法国、日本等国同属第二梯队。
3.2.2 美国、德国和英国的技术特点比较
通过TDA对期刊文献的热点关键词进行处理,并利用Innogrphy对专利文献文本进行聚类,分别获得了美国、德国和英国的研究热点和技术热点。结果显示,美国主要关注作用机制、疫苗、监测方法以及食品安全等方面的研究;德国和英国则主要关注作用机制的研究(表1)。通过表2可以发现,无论美国、德国还是英国,都关注疫苗的研发、药物组分的研究,而美国除此之外还关注检测方法的研究。
表1
美国、德国及英国文献关键词
表2
美国、德国及英国技术热点对比
3.3 重点机构研究实力分析
文献数量及被引频次是分析研究质量的两个重要指标,能够在很大程度上反映研究者的影响力和实力[5]。本文对期刊文献的分析采用四象限图,以机构发文数量为横轴,以篇均被引频次为纵轴,以发文数量和篇均被引频次的平均值作为坐标原点(图4)。图4列出了肉毒毒素发文量排名前15位的研究机构,这15个机构的发文量占总发文量的24.03%。从机构分布来看,美国的威斯康星大学、传染病医学研究所,德国的汉诺威医学院、费雷堡大学,法国的巴斯德研究所,被投射在第1象限,说明这些机构的基础研究成果的影响力较大。从国家分布来看,入围前15的机构中,美国有6个,德国有4个,日本有2个,法国、英国及中国各有1个。中国的入围机构为军事医学科学院。
对专利文献分析采用专利数量、引证数量、收益及诉讼指标,利用Innography的分析功能做出肉毒毒素领域技术经济比较象限气泡图(见图5)。X轴是愿景轴,结合3个特定于所分析环境的重要因素(专利组合、专利分类数量以及专利组合的引证数量),代表的是专利权人的技术实力;Y轴是资源轴,结合3个非特定于所分析环境的重要因素(总收入、诉讼及位置数量),代表专利权人的经济实力。从机构的国家分布来看,美国(Allerganplc、Botulinum Toxin Research Associates、Army United States)、德国(默克)、法国(高德美制药公司)等具有强大的技术及经济实力的国家在肉毒毒素相关领域的研究水平具有引领性。主要机构还是大型跨国公司。
3.4 研究热点分析
3.4.1 期刊文献主题聚类分析
本文将期刊文献关键词进行68×68的相异型矩阵导入SPSS中进行聚类分析,采用Hierarchical Cluster(系统聚类),选择Ward’s Method(离差平方和法)与离散数据类型(Count)中的Phi-square Meas-ure(斐方)方法,得到层次聚类分析树,见图6和图7。表3是对图6和图7的分析和解析。结果显示,1995–2004年主要是探索研究,针对肉毒素的结构分析分型、基础分子生物学及治疗的研究;2005–2015年主要深入分子生物研究、分析方法研究,也更加关注疾病的爆发及食源性毒素中毒的研究。
表3
主题分析解析
3.4.2 专利文献技术研发热点
借助于TI平台的ThemeScape专利地图,可以了解肉毒毒素的技术研发热点。从图8可以看出,当前肉毒毒素的研发主要集中在以下方向：疫苗、抗体、核酸、免疫反应、快速检测、肉毒毒素血清型、发酵技术、治疗、编码/表达/优化、光学发射光谱法、质谱法等。且随时间的变化研究侧重点有所不同。
图8
肉毒毒素相关技术的专利热点布局及发展趋势|||注：红色点代表1955–1995年;绿色点代表1996–2005年;黄色点代表2006–2015年。
1955–1995年(红色点),肉毒毒素相关的技术申请量并不多,主要集中在肉毒毒素的表达研究,对肉毒毒素的结构和特性以及对肉毒毒素中毒机理及治疗等方面研究较为集中。
1996–2005年(绿色点),专利的研究已经深入到分子水平,重点研究基因结构和分子组成,较1955–1995年肉毒毒素专利申请有了大幅度的增长,技术的分布范围也比较广,基本上覆盖了所有的技术热点,肉毒毒素的基因编码、表达、重组、修饰及优化,光学发射光谱法、荧光偏振免疫分析法及免疫应答等;
2006–2015年(黄色点),专利申请数量的增长速度进一步加快,在每个技术点上均有布局,黄色点密集等高线位置即研究关注的焦点,主要为发酵技术、快速方法检测和预防治疗,同时对疫苗及其工艺、血清分型等方面也有深入研究。
4 结论
本文主要借助SCI、TI、Innography平台,利用TDA、SPSS、EXCEL等软件对肉毒毒素生物安全领域相关期刊文献和专利文献进行分析,从发文数量、国家及机构分布、研究热点等方面进行探讨。从文献趋势分析图可知,随着分子生物学技术的发展和国际生物安全问题的日益突出,对该领域基础和应用研究的继续探索具有重要的价值和意义。从发文国家得知,分别以美国、德国、英国的大学与各大企业公司为首的“学院研究派”和“公司实力派”带动了SCI期刊文献/专利文献的发表/申请。基础理论研究主要集中在：肉毒毒素的生物特性、检测方法,疫苗的研究,分析方法的研究,作用机制研究;技术领域研究主要集中在：疫苗技术、药物组分、检测技术方法研究。
随着生物技术不断取得突破性进展,肉毒毒素的发展也非常迅猛。目前人类在肉毒毒素的检测方法、预防与应用、对抗体、疫苗的类型及中毒机制机理的研究方面取得了极大的进步,适合肉毒毒素快速检测和预防治疗的快速研发已经成为可能,但仍面临一些挑战。国外尤其是美国等开发了多种诊断方法,其中免疫学方法应用最为广泛,可以检测分解产物或者失活毒素的毒素,对有活性毒素也可检测。另外,建立了肽链内切酶免疫检测方法,具有很高的检测灵敏度。中国只有军事医学科学院一家机构入围该领域发文数量前15位,研究力度远不及国外,研发力量较为薄弱,在基础科学理论与技术应用方面存在有很大发展空间。
肉毒毒素是重要的生物战剂和生物恐怖剂,对人类健康和国家安全造成巨大的威胁。近年来,国外发达国家对肉毒毒素研究取得了较大进展,我国虽然也取得一些成果,但是跟国外相比还有很大差距。我国目前面临较复杂的国际国内形势,生物安全防控能力亟需加强,基于目前肉毒毒素在国内的研究态势,为进一步推动我国肉毒毒素的发展,提出以下几点建议：(1)建立快速检测肉毒毒素的方法,加强基础实验研究,加强中毒治疗及预防知识的研究与宣传;(2)军民融合,集结企业力量,加大扶持力度,加速技术的产业化发展;(3)国家层面做好技术储备和战略储备,力争使我国肉毒毒素生物防控达到国际领先水平,保障国家安全、社会稳定。
The authors have declared that no competing interests exist.
References
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DOI:10.1017/S1049023X00001023
PMID:15141855
URL
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Abstract Before the sarin incidents in Tokyo and Matsumoto, the Aum Shinrikyo (now Aleph) had tried to conduct bioterrorism with botulinum toxin and Bacillus anthracis. Followers of the Aum could not overcome technical difficulties inherent in developing biological weapons, and the perpetrators had not been prosecuted for their failed attempts of bioterrorism. But the Aum's biological attack revealed several shortcomings in the Japanese law that regulated biological weapons. Since the missile experiment of North Korea conducted in 1998, the Japanese government has come to consider the threat posed by biological weapons more seriously. In 2001, after the 11 September 2001 terrorist attacks and the series of anthrax letter scares in the United States of America, the Japanese government established its Five Basic Principles for Chemical and Biological Weapons Terrorism and several measures were taken at the central and local levels. Activities of the Aum have been monitored by the Public Security Investigation Agency and the National Police Agency under the Anti-Aum Law since 2000.
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DOI:10.1001/jama.283.2.242
PMID:10634341
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Biological and chemical terrorism is a growing concern for the emergency preparedness community. While health care facilities (HCFs) are an essential component of the emergency response system, at present they are poorly prepared for such incidents. The greatest challenge for HCFs may be the sudden presentation of large numbers of contaminated individuals. Guidelines for managing contaminated patients have been based on traditional hazardous material response or military experience, neither of which is directly applicable to the civilian HCF. We discuss HCF planning for terrorist events that expose large numbers of people to contamination. Key elements of an effective HCF response plan include prompt recognition of the incident, staff and facility protection, patient decontamination and triage, medical therapy, and coordination with external emergency response and public health agencies. Controversial aspects include the optimal choice of personal protective equipment, establishment of patient decontamination procedures, the role of chemical and biological agent detectors, and potential environmental impacts on water treatment systems. These and other areas require further investigation to improve response strategies.
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DOI:10.1001/jama.296.20.2476
PMID:17119144
URL
Botulism is a potentially lethal paralytic disease caused primarily by toxins of the anaerobic, spore-forming bacterium Clostridium botulinum. Although botulinum toxin A is available by prescription for cosmetic and therapeutic use, no cases of botulism with detectable serum toxin have previously been attributed to cosmetic or therapeutic botulinum toxin injections. On November 27, 2004, 4 suspected botulism case-patients with a link to cosmetic botulinum toxin injections were reported to the Centers for Disease Control and Prevention.To investigate the clinical, epidemiological, and laboratory aspects of 4 suspected cases of iatrogenic botulism.Case series on 4 botulism case-patients.Clinical characteristics of the 4 case-patients, epidemiological associations, and mouse bioassay neutralization test results from case-patient specimens and a toxin sample.Clinical characteristics of the 4 case-patients were consistent with those of naturally occurring botulism. All case-patients had been injected with a highly concentrated, unlicensed preparation of botulinum toxin A and may have received doses 2857 times the estimated human lethal dose by injection. Pretreatment serum toxin levels in 3 of the 4 case-patients were equivalent to 21 to 43 times the estimated human lethal dose; pretreatment serum from the fourth epidemiologically linked case-patient was not available. A 100-microg vial of toxin taken from the same manufacturer's lot as toxin administered to the case-patients contained a toxin amount sufficient to kill approximately 14,286 adults by injection if disseminated evenly.These laboratory-confirmed cases of botulism demonstrate that clinical use of unlicensed botulinum toxin A can result in severe, life-threatening illness. Further education and regulation are needed to prevent the inappropriate marketing, sale, and clinical use of unlicensed botulinum toxin products.
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