放线菌门(Actinobacteria)是自然界中种类最丰富、分布最广泛的细菌之一，其次级代谢产物结构新颖、活性多样，是抗生素、抗真菌药、抗肿瘤药的重要来源，在众多领域发挥重要作用。例如，临床医疗上salinosporamide A[1]、洛伐他汀[2]、雷帕霉素[3]等药品就是从放线菌中得到的；在农业上放线菌来源的多氧菌素、春雷霉素等[4]可以有效抑制土壤中的病原菌；在污染防治上，放线菌分泌的木质素酶、几丁质酶等[5]可以分解水体中的有机物。据文献统计，目前发现的微生物天然产物中约有三分之二来自于放线菌门[6]。然而海洋放线菌由于其生存在高压、缺氧、缺乏营养、低温的环境中，形成了独特的生理结构和代谢途径，加之其菌种属众多，包括链霉菌、诺卡氏球菌、红球菌和小单孢菌等，被认为是具有生物活性天然产物的高效生产者，因而受到研究人员的关注[7]。根据相关统计，海洋微生物来源的天然产物中有约28%来自海洋放线菌，截至2019年文献报道的海洋放线菌生产的具有抗菌活性的天然产物共313个[8]。例如，第一个能抑制对氨基苯甲酸的生物合成的天然产物abyssomicin C[9]，它可以有效地作用于耐万古霉素的金黄色葡萄球菌；Salinosporamide A[1]是一种20S蛋白酶体抑制剂，它于2015年被FDA授权为治疗多发性骨髓瘤的孤儿药。此外还有marinomycins A、pseudonocardians A和litoralimycins A等[6]众多具有良好生物活性的天然产物，它们都是临床药物的先导化合物。随着日益严峻的细菌耐药性问题的出现，人们对于新型具有生物活性天然产物的需求在不断地提高，这将使得对海洋放线菌活性次级代谢产物的挖掘成为研究的热点。

文献计量学是一门基于出版文献包含的作者、被引频次、关键词等信息，通过数学统计等计量方法进行分析的一门学科[10-11]。本文以文献计量学的方法和视角，对Web of Science核心合集中收录的有关海洋放线菌的文献进行分析和统计，探究海洋放线菌领域的发展趋势以及当前热点，以期为进一步研究提供参考。

文章以Web of Science核心合集作为数据统计来源，考虑到许多文献用的是广义放线菌actinobacteria一词，因此分别以“marine actinomycetes”和“marine actinobacteria”为主题词进行预检索，检索发现二者结果有部分重叠的现象，因此本文选取“marine actinomycetes or marine actinobacteria”为主题词进行检索，检索方式为普通检索。同时使用数据库自带的“refine by document types (文献类型精练)”功能对检索结果进行精练，去除所有“article”和“review”类型之外的文献，然后将检索结果以“full record and cited references (全记录与引用的参考文献)”的“tab delimited file (制表符分隔文件)”格式导出进行后续结果分析。

VOSviewer是一个广泛用于可视化文献计量分析的工具，可以提供关键词、作者、国家、机构等的共现分析，直观展现某领域的研究现状和发展态势。本文运用VOSviewer软件对文献的关键词、作者、机构等分析，形成共现网络图。同时，运用Web of Science数据库自身提供的检索结果分析功能，统计所检索文献的发表期刊分布及发表时间等信息。

在Web of Science核心合集中以“marine actinomycetes or marine actinobacteria”为主题词进行检索并筛除“article”和“review”类型之外的文献后，共得到3 477篇文献，如图 1所示。海洋放线菌有关的文章首次发表于1966年，随后发展一直非常缓慢，直到进入21世纪，随着科学技术的日益发展，人们对于海洋尤其是深海的勘探能力不断提高，细菌样品采集和提取分离技术的进步使海洋放线菌的研究得到了快速的发展，有关论文数量显著增加，其中2021年共发表文章326篇，为历年之最。这表明海洋放线菌愈发受到人们重视，是研究的一大热点。

Web of Science核心合集上收录的关于海洋放线菌的文章，主要集中在微生物学、生物化学、药学等领域，包含了如Frontiers in Microbiology、Natural Product Reports、Marine Drugs、ISME Journal和Organic Letter等国际权威期刊。本文选取了发表论文数量38篇以上的期刊绘制了表 1，从表 1中可以看到发表论文数目最多的期刊是Marine Drugs，一共193篇，占论文总量的5.55%。

将所选文献数据导入VOSviewer，通过全计数(full counting)方式，发现105个国家的科研人员对海洋放线菌进行了研究。选取发表文章数量排名前10的国家绘制表 2，同时从105个国家中筛选发表文章数量在30篇之上的国家共计29个绘制国家叠加可视化(overlay visualization)共现网络图(图 2)。图 2中的每一个节点代表一个国家，节点的大小则代表该国家发表论文的数量，节点之间有连线表示国家之间有合作，节点颜色展示了该国家发表论文的平均时间。从图 2和表 2可以发现，美国、英国和日本等海洋资源丰富的发达国家对于海洋放线菌的研究起步最早，其中美国在这一领域具有很大的影响力，发表论文总数第二，平均单篇论文被引频次远高于其他国家；而中国在该领域起步稍晚但发展迅速，发表论文总数世界第一，但是我国平均单篇论文的被引频次不高，与欧美国家仍存有差距。

目前我国研究人员对于海洋放线菌的研究主要集中在海洋放线菌的分离鉴定以及活性次级产物的挖掘方面。例如，上海交通大学的李志勇团队曾从我国南海采集到的海绵中分离并培养了20种放线菌属的细菌，其中一株链霉菌属的菌株可以生产angucycline类化合物[12]；中国科学院微生物研究所的黄英团队从采集自我国南海和黄海的海绵中分离鉴定了13种放线菌属的菌株，通过基因组测序，在它们的基因组中发现了大量聚酮合酶和非核糖体肽合成酶的基因簇，预示着这些放线菌具有很高的生物合成潜力[13]；中国科学院大学张长生团队从Streptomyces sp. SCSIO 10428的发酵液中分离得到一系列萘啶霉素的类似物，它们对革兰氏阳性菌和芽孢杆菌显示出抑制活性[14]。虽然我国科研人员已经发现了诸多具有活性的海洋放线菌次级代谢产物，但是对于其生物合成机制的探究较少，在基因组学结合代谢组学探究天然产物合成途径上的工作也较少。

国外科研人员近些年常借助代谢组学、基因组学等方法对海洋放线菌进行研究，如Tenebro等[15]先通过基因组学对Streptomyces tubbatahanensis sp. DSD3025的生物合成基因簇进行预测，并通过代谢组学发现了6种罕见的卤代咔唑生物碱，最终提出了其中一种主要的卤代咔唑生物碱chlocarbazomycin A的生物合成途径。目前，借助生物信息学工具识别和挖掘海洋放线菌的生物合成基因簇逐渐成为研究热点，但是我国的研究人员对于识别算法的研究和优化与国外存在较大差距。

我们将所选文献数据导入VOSviewer，采用全计数方式统计出共有2 778个机构在海洋放线菌领域发表过文章，从中筛选出现次数25次以上的机构，共计31个，绘制机构网络共现图(图 3)。图 3中每个节点对应一个机构，节点越大表示对应机构发表的论文数量越多。节点颜色相同或者节点间有连线则表示机构之间有合作。如图 3所示，中国科学院和美国加州大学圣地亚哥分校(University of California San Diego, UCSD)是该领域最具影响力的两个机构。中国科学院与浙江大学、上海交通大学、加州大学圣地亚哥分校、沙特国王学院等国内外高校/机构都有密切的合作，但是国内其他高校与国外高校的合作较为匮乏。机构共现图展示了在该领域具有影响力的机构信息，可以为国内机构后续寻找合作机构提供参考信息。

将所选的文献数据导入VOSviewer，采用全计数方式统计到共有12 170名作者发表了海洋放线菌的研究报道，并从中筛选出发表文章数在15篇以上的作者，共计41位进行作者标签视图(图 4)的绘制。标签视图中的每个节点代表一位作者，节点越大表示该作者发表论文数量越多；节点与节点之间有连线则表示两位作者之间有合作；节点颜色则代表该作者发表论文的平均时间。此外，还统计了发表文章数量排名前十的作者(表 3)。

来自UCSD的Paul Robert Jensen和William Fenical是海洋放线菌领域中最具影响力的研究人员，他们合作发表了大量的文章并且有很高的引用率。他们的工作内容包括：从海洋沉积物中分离、鉴定海洋放线菌新菌种并探索其培养条件，如他们曾从关岛附近海洋的海底沉积物中分离出6 425个放线菌菌落，并成功对其中983个菌落进行培养，从中发现了放线菌的新类群——热单胞菌科(Thermomonas)[16-17]；他们还根据次级代谢产物的结构和系统发育树的数据，证明了细菌的生理特征与环境细菌群落间的系统发育相关，建立了基因获得后发生的选择驱动途径模型[18]。；他们还在海洋放线菌中发现了许多有良好生物活性的化合物，如从海洋放线菌Salinispora tropica发酵液中得到的具有抗菌活性的新结构的大环内酯化合物sporolides A和B[19]，从海洋链霉菌Streptomyces CNQ-617中分离得到的新型螺胺类物质marineosins A[20]，其对人类结肠癌细胞HCT-116具有非常显著的抑制作用(IC50=0.5 µmol/L)。

我国学者李文均、张思等人合作密切，主要从事原核微生物的系统分类、资源利用与生态学研究，建立了针对多种极端生境原核微生物的分离方法以及特殊生境微生物资源的活性筛选和次生代谢产物、酶学等研究[21]。例如，他们从我国南海海葵中分离出一株放线菌门的新菌种，命名为Nocardiopsis litoralis sp. JSM 073097 (T)，并成功对其进行了培养[22]；他们还从南海深海沉积物中分离得到放线菌新种Marinactinospora thermotolerans sp. nov. SCSIO 00652 (T)[23]等；此外，李文均团队基于全部放线菌标准菌株的16S rRNA基因序列以及部分全基因组序列对放线菌高级分类单元进行了更新和修订[24]，为放线菌系统分类学研究奠定了基础。

Bradley S. Moore在海洋放线菌领域同样进行了大量工作，他主要从事海洋药物生物合成和基因组学研究。他曾通过对Streptomyces maritimus的Ⅱ型聚酮合酶的基因进行编辑，使该酶识辨苯甲酰-CoA的起始位点发生突变，突变体菌株成功产生了一系列enterocin和wailupemycin的类似物[25]。此外，他还通过对Salinispora属的海洋放线菌基因组进行测序以及生物信息学分析，证明了基因组分析在天然产物挖掘分离研究中的强大作用[26]。

将所选文献导入VOSviewer软件中，统计题目和摘要中出现的所有关键词并筛选出现15次以上的词汇，共计349个关键词，在去除掉一些无实际意义并对相同含义的词汇进行合并后，最终剩余62个关键词，对这62个关键词进行共现网络分析(图 5)。图 5中每一个节点代表一个关键词，节点越大表示该关键词出现次数越多；节点颜色则表示该关键词的平均出现时间，在一定程度上揭示了该领域的发展趋势。分析图 5可以发现，polyketide与几个黄色节点的词汇，如antibacterial、antioxidant和anticancer等均有关联，并且与natural-products和drug discovery等处于同一个聚类中，这表明海洋放线菌的次级代谢产物活性多样，对其进行挖掘仍是目前研究的热点；而mangrove、sediments和marine sponge等词汇则与海洋放线菌的生存环境有关，揭示了其在海洋中的分布情况。此外，genome mining、genomic analysis、gene-cluster和biosynthesis等词汇相互关联，Udwary等也曾将生物信息学运用于放线菌天然产物的挖掘中[26]，这表明生物信息学是海洋放线菌研究中的一个重要工具。因此，本文选择活性天然产物、海洋放线菌分布和生物信息学这3个关键词展开论述。

海洋放线菌的分布范围十分广泛，在海底沉积物、海水、红树林等环境中均有分布，有些放线菌还与其他海洋生物形成了附生关系，每年世界各国的研究人员分离并用16S rRNA基因测序比对等方法鉴定、命名的菌株众多，本文根据海洋放线菌生活方式的不同，将其主要分为自由放线菌和共附生放线菌，其中一些菌属只存在于海洋环境中(表 4)。

自由放线菌独立生存在海洋环境中，目前发现的海洋放线菌大多属于这一类，如考克氏菌属(Kocuria)、小杆菌属(Microbacterium)、海洋放线孢菌属(Marinactinospora)、短状杆菌属(Brevibacterium)、盐孢菌属(Salinispora)、链孢囊菌属(Streptosporangium)和红球菌属(Rhodococcus)等[27]。而且海底沉积物和红树林的腐殖质丰富，是海洋自由放线菌的主要分布地。海洋附生放线菌则需要附生在海绵、海鞘、珊瑚、海参和海草等海洋动植物上才能生存，其中海绵由于其特殊的多孔结构成为海洋放线菌主要的附生动物[28]。海洋共附生放线菌主要包括珊瑚状放线菌属(Actinocorallia)、放线孢菌属(Actinomycetospora)、小双孢菌属(Microbispora)和海藻菌属(Phycicola)等。

海洋放线菌由于其独特的生存环境，形成了不同于其他环境来源微生物的代谢途径，其次级代谢产物结构新颖、类型丰富，主要包括聚酮类、生物碱类、萜类、多肽类和黄酮类等，并且具有抗菌、抗肿瘤和抗病毒等生物活性。从海洋放线菌中挖掘活性天然产物一直都是研究的重点。截至2019年，共有313个来自海洋放线菌且具有良好抗菌活性的天然产物被报道，约占报道的海洋放线菌天然产物总数的87%[8]。本文通过对Web of Science核心合集上收录的关于海洋放线菌的文章进行统计，2020年至今报道的新发现的活性天然产物分子共有300余个[2020年97个，2021年99个，2022年119个，2023年(截至3月份) 21个]，其中聚酮类、生物碱类、多肽类是最多的几个天然产物类型。

从海洋放线菌中发现的聚酮化合物有：从Nocardiopsis sp. strain HB-J378中获得的化合物nocardiopsistin B (1)，该化合物对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA)具有明显的抑制作用，MIC值为3.12 μg/mL[29]；来自Micromonospora sp. strain TP-A0468的一种16号位去甲基的利福霉素(16-demethylrifamycin, 2)对鲍曼不动杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌等都展现出了良好的抑制作用[30]；艰难梭状芽胞杆菌可以通过分泌毒素在胃肠道引起假膜性结肠炎，严重时可致人死亡，通常与使用抗生素有关，phocoenamicin (3)是一种糖基化的聚酮化合物，其对艰难梭状芽胞杆菌具有强效抑制活性(MIC=2.6 μmol/L)[31]。从海洋放线菌中发现的生物碱类化合物有：nivelactam B (4)是一种从海洋放线菌中得到的macrolactam类似物，其具有细胞毒性和抗真菌活性[32]；从Streptomyces sp. C011中得到的tryptoline (5)和norharman (6)对金黄色葡萄球菌有一定的抑制作用[33]。从海洋放线菌中发现的多肽类化合物有：从海绵共附生放线菌Streptomyces sp. SCSIO 40064发酵液中分离得到的TXS-2 (7)，该化合物是由7个氨基酸缩合形成的环肽，对α-葡萄糖苷酶有强烈的抑制作用[34]；从Streptomyces sp. MS110128中得到的一种环肽化合物(8)，其对MRSA有较好的抑制作用(MIC值为12.5 μg/mL)[35]；从海洋链霉菌属放线菌中分离得到的cyclomarin A (9)具有显著的抗炎活性，有望用作消炎剂，并且该化合物对人癌细胞HCT-116具有很好的细胞毒性(IC50为2.6 µmol/L)[36](图 6)。

虽然海洋环境中分离得到的化合物在大类上与其他环境分离的化合物大致相同，但存在一些特殊的结构。例如，从海洋放线菌Streptomyces sp. PKU-MA00045中发现的新型芳香族聚酮化合物fluostatins M–Q，它们具有独特的6-5-6-6环状骨架以及高度氧化的A环[37]；从海洋放线菌Micromonospora carbonacea LS276中发现的tetrocarcin Q，其分子中含有一个特殊的糖基化修饰并表现出良好的抑菌活性[38]；从海洋放线菌Pseudonocardia sp. SCSIO 01299中得到的deoxynyboquinone (10)，该化合物首次从天然来源中获取，并对人癌细胞SF-268、MCF-7和NCI-H460表现出极高的抑制作用(IC50为0.01‒0.21 μmol/L)[39]；从海洋放线菌Streptomyces sp. ZZ446中得到的一种二酮哌嗪糖苷化合物maculosin-O-α-l-rhamnopyranoside (11)，该化合物的类似结构此前从未被报道过，同时它对MRSA、大肠杆菌(Escherichia coli)和白色念珠菌(Candida albicans)均具有较好的抑制作用[40] (图 7)。

从图 5可以看到，聚酮化合物是海洋放线菌天然产物中研究较多的类型，因此本文对其进行展开叙述。聚酮化合物是天然产物的一个重要类型，来源十分广泛，分子结构多样，许多聚酮化合物具有显著的生物活性，是临床药物的重要来源之一，例如四环素、雷帕霉素、两性霉素B、洛伐他汀、阿霉素等都在疾病治疗上发挥了重要作用[6, 41]。聚酮化合物由聚酮合酶(polyketide synthases, PKS)催化合成，PKS是一类分子量巨大且由诸多模块(module)组成的多功能酶。其基本结构域包含用于底物选择的酰基转移酶结构域，发挥中间体转移作用的酰基载体蛋白结构域，催化底物进行克莱森缩合反应的酮合酶结构域，以及进行产物脱离的硫酯酶结构域。此外，有些PKS的模块中还包含β-羟基的酮还原酶、α, β-烯烃的脱水酶等功能域，总得来说，聚酮合酶通过催化多个短链的羧酸衍生单元发生连续的缩合反应从而合成PKS，整个过程与脂肪酸的生物合成较为类似[42]。

根据聚酮合酶的结构和碳−碳(C−C)键合成方式的不同，可将聚酮合酶分为3种类型[42]。其中，Ⅰ型聚酮合酶是由多个线性排列的结构域所组成的大分子量酶，主要存在于细菌和真菌中，其C−C键由酮合成酶结构域(KS domain)以线性方式催化合成，根据结构域是否被重复利用Ⅰ型聚酮合酶可进一步分成迭代化PKSs (iterative PKSs)和模块化PKSs (module PKSs)[43-44]。阿维霉素[45]和杀念霉素[46]等均是由Ⅰ型聚酮合酶所合成。Ⅱ型聚酮合酶是由多个离散的单功能酶所组成的多酶复合物[47]，通常存在于细菌中，其C−C键的形成由特殊的酮基合成酶异源二聚体(KSα-KSβ)通过迭代缩合方式合成，主要负责芳香族聚酮化合物的合成，表达产物有阿霉素[48]、色霉素A3[49]等。Ⅲ型聚酮合酶主要存在植物和细菌中，由一个同源二聚的酮基合成酶KS构成，以迭代缩合方式合成简单的黄酮类化合物, 与其他聚酮合酶不同的是，它是直接催化泛酰辅酶A发生克莱森缩合反应，不需要利用ACP[50]。

随着人们对天然产物挖掘的深入，传统的微生物天然产物挖掘策略已经无法满足需求。常规的微生物天然产物挖掘策略主要是依靠高效液相色谱、质谱等仪器对发酵液中的活性成分进行分离鉴定[51]。但是这个策略有着很大的局限性：(1) 随着发现的活性天然产物种类的增加，很容易分离出重复的已知化合物；(2) 很多微生物菌株目前尚不能在实验室条件下进行培养，或者在常规培养条件下这些次级代谢产物合成基因簇处于沉默状态，无法进行表达。

生物信息学是应用数学、信息学、统计学和计算机科学的方法研究生物学问题的学科[52]。随着高通量测序技术的发展，生物数据库积累了丰富的数据，加之人们对于天然产物合成酶的结构、功能与基因间关系的研究越来越深入，许多预测次级代谢物合成基因簇的平台被开发。例如，antiSMASH可以分析微生物次级代谢物合成基因簇并预测产物；PRISM常用于天然产物基因组挖掘；NP.searcher则是专门用于在基因组数据中预测PKS、NRPS和混合的PKS/NRPS。通过这一方法，人们可以基于某一放线菌基因组的测序数据或者环境宏基因组数据，结合生物信息学分析软件，快速挖掘放线菌中特殊代谢物生物合成基因簇，然后结合化学合成的方法得到该化合物，这样能极大地增加海洋放线菌天然化合物的挖掘速度[53]。

海洋放线菌生存环境特殊，形成了独特的代谢系统，其次级代谢产物的新颖性和多样性使其成为临床药物、污染物降解等领域重要的资源。虽然进入21世纪后对于海洋放线菌的研究得到了快速的发展，但是受限于自然地理、科技等因素，目前只有少数沿海国家对其展开了研究，相较于其他领域的研究还存在很大差距。另外，之前的研究大多集中于海洋放线菌新种的挖掘鉴定，加上传统天然产物挖掘策略的局限，使得海洋放线菌的利用度不高，该领域仍有广阔的前景。未来对海洋放线菌的研究可以集中在以下几个方面：(1) 深入探索次级代谢产物生物合成基因簇与合成途径的机制，探究其活性天然产物的分子结构、作用机制以及核心结构，为药物开发和通过组合生物学等手段合成新结构的化合物提供支撑；(2) 加强国际合作，进一步挖掘新菌种，完善海洋放线菌基因组数据库；(3) 加强高通量测序、生物信息学等技术在海洋放线菌资源开发上的运用，基于生物信息学的天然产物挖掘已经成为潮流，建议我国研究人员在生物合成基因簇识别算法上投入更多的精力，缩小与欧美等国的差距，从而更加全面、高效地挖掘活性天然产物，提升海洋放线菌的开发利用能力。