Eu tenho pensado em usar esses dois juntos por um tempo porque meus dados já estão no mongodb. Mas eu não quero adicionar mais um topo de banco de dados da arquitetura existente, porque a adição do neo4j exigirá mais recursos, por exemplo. memória, espaço em disco e sem falar no tempo investido na manutenção de 2 BDs.

Outro problema em que posso pensar é quando você fragmenta seus dados com o mongodb, também terá que gerenciar seus dados neo4j w.r.t. esses novos fragmentos. O dimensionamento no neo4j é feito através de clusters e faz parte da edição corporativa que é comercial.

Fiz mais pesquisas e descobri que o OrientDB pode armazenar os dados como documentos e é um gráfico db.

Outra maneira é construir os relacionamentos no próprio MongoDB e escrever sua lógica em cima disso e expor essa lógica por meio de uma API REST.