目的贫血是脓毒症患者常见的临床表现,且与患者的预后不良密切相关。输注红细胞治疗是纠正贫血的重要手段,然而脓毒症本身的复杂性及异质性,导致不同患者对输注红细胞治疗的反应各不相同。本研究将利用机器学习中的无监督聚类算法对脓毒症患者临床大数据进行分析,旨在发现脓毒症患者中潜在的临床亚型,综合分析输注红细胞治疗对临床预后的影响,明确适合输注红细胞治疗的临床亚型,从而制订更加精准化个体化的脓毒症患者输注红细胞策略。方法本研究以重症监护信息数据库Ⅲ（MIMICⅢ）中脓毒症患者作为训练组,以2018年1月～2021年10月就诊于大连医科大学附属第一医院及第二医院综合ICU的脓毒症患者作为验证组。筛选训练组及验证组中符合研究标准的脓毒症患者,收集可能影响输注红细胞治疗预后的临床参数,包括基本资料、临床常用评分、合并症、实验室检查结果、感染部位、手术史及特殊治疗等。首先对训练组数据集进行特征工程处理,包括缺失值插补、数据离散化处理以及聚类参数筛选。然后采用围绕中心点划分（PAM）算法进行聚类分析,对比各聚类亚型临床资料的差异性并总结其临床特点,采用Kaplan-Meier生存分析及Cox比例风险模型评估总体及各聚类亚型中输注红细胞治疗对临床预后的影响。然后按照训练组中纳入聚类分析的参数,对验证组数据集进行聚类分析,总结对比各聚类亚型临床特点,评估验证组中输注红细胞治疗对临床预后的影响,与训练组交叉验证,最终验证聚类结果的稳定性及可重复性。结果1训练组临床资料及聚类分析结果1.1训练组共收集到符合研究标准的脓毒症患者6821例,年龄中位数（四分位间距）为69.15（56.60,80.11）岁,男性占50.42%,序贯器官衰竭评分（SOFA）中位数（四分位间距）为5.00（4.00,8.00）分,14d、28d及90d病死率分别为14.88%、21.52%、31.10%,ICU住院时间中位数（四分位间距）为4.00（2.00,8.00）d,总住院时间（四分位间距）为11.00（7.00,20.00）d。其中,接受输注红细胞治疗者3874例（56.80%）,接受机械通气治疗者3738例（54.80%）,接受肾脏替代治疗者412例（6.04%）。输注红细胞组患者病情普遍危重,其SOFA、Logistic器官功能障碍评分（LODS）及简化急性生理评分Ⅱ（SAPSⅡ）均高于未输注组。输注红细胞组血红蛋白及红细胞压积中位数分别为83.00g/L及24.50%,低于未输注组的92.00g/L及27.60%,两者之间差异性具有显著统计学意义（P＜0.001）。输注红细胞组14d病死率更低（13.45%vs 16.76%,P＜0.001）,但28d及90d的病死率与未输注组比较,差异无统计学意义。1.2经Boruta算法进行聚类参数筛选,共纳入31项临床参数进行聚类分析,根据在不同聚类亚型个数下聚类结果的轮廓系数,采用PAM算法将训练组患者聚为三个亚型,聚类A、聚类B、聚类C所包含患者例数（比例）分别为1835例（26.90%）、3043例（44.61%）及1943例（28.49%）。聚类A型患者以高龄和心脏问题为主要特点,其年龄中位数＞70岁,其中72.86%的患者合并心脏疾病,63.87%曾接受过心脏部位手术治疗。聚类B型患者以病情较轻且血红蛋白水平相对较高为主要特点,其SOFA、LODS及SAPSⅡ中位数（四分位间距）均为三型中最低,血红蛋白中位数＞90g/L。聚类C型患者以病情危重、血流感染占比高、存在明显凝血功能障碍及高乳酸血症且多合并腹部手术病史为主要特点,其SOFA、LODS及SAPSⅡ中位数均为三型中最高,且活化部分凝血活酶时间（APTT）、凝血酶原时间（PT）、国际标准化比值（INR）中位数均高于另外两型,血乳酸水平中位数＞3mmol/L。聚类C型中存在血流感染患者约为72.31%,61.71%的患者曾接受腹部手术治疗,其14d、28d和90d病死率最高。1.3在聚类A、聚类B和聚类C三个亚型中,接受输注红细胞治疗的患者例数（比例）分别为1332例（72.59%）、1168例（38.38%）和1374例（70.72%）。经单因素Kaplan-Meier生存分析及多因素Cox比例风险模型评估,在总体中,输注红细胞治疗可降低患者14d及28d死亡风险,死亡风险比（HR）[95%可信区间（CI）]分别为0.67（0.58,0.78）和0.82（0.73,0.93）,但其对90d死亡风险的降低无统计学意义,死亡HR（95%CI）为0.92（0.83,1.02）。在聚类C型中,输注红细胞治疗可明显降低患者14d、28d及90d的死亡风险,死亡HR（95%CI）分别为0.50（0.41,0.61）、0.61（0.51,0.72）和0.67（0.58,0.78）,但在聚类A及B型中,输注红细胞治疗并未降低患者14d、28d和90d的死亡风险。2验证组临床资料及聚类分析结果2.1验证组共收集到符合研究标准的脓毒症患者874例,其中342例来自大连医科大学附属第一医院,532例来自大连医科大学附属第二医院。患者年龄中位数（四分位间距）为69.73（56.64,80.17）岁,男性占48.40%,SOFA中位数（四分位间距）为6.00（4.00,8.00）分,14d、28d及90d病死率分别为17.73%、24.60%、34.32%,ICU住院时间中位数为4.00（2.00,9.00）d,总住院时间为12.00（7.00,19.00）d。其中接受输注红细胞治疗患者520例（59.50%）,接受机械通气治疗患者497例（56.86%）,接受肾脏替代治疗患者47例（5.38%）。2.2根据训练组聚类参数筛选结果,纳入与训练组相同临床参数进行聚类分析,采用PAM算法将验证组患者聚为三个亚型,聚类v A、聚类v B、聚类v C所包含患者例数（比例）分别为330例（37.75%）、176例（20.14%）及368例（42.11%）。各聚类亚型临床特点与训练组相似,聚类v A型患者以病情较轻且血红蛋白水平相对较高为主要特点,聚类v B型患者以病情危重、血流感染占比高、存在明显凝血功能障碍及高乳酸血症且多合并腹部手术病史为主要特点,聚类v C型患者以高龄和心脏问题为主要特点,三亚型分别对应于训练组中聚类B、聚类C及聚类A型。2.3在聚类v A、聚类v B和聚类v C三个亚型中,接受输注红细胞治疗的患者例数（比例）分别为151例（45.76%）、135例（76.70%）和234例（63.59%）。经单因素Kaplan-Meier生存分析及多因素Cox比例风险模型评估,在总体中,输注红细胞治疗可降低患者14d死亡风险,死亡HR（95%CI）为0.66（0.45,0.98）,但其对28d及90d死亡风险的降低无统计学意义,死亡HR（95%CI）分别为0.78（0.56,1.09）和0.86（0.64,1.14）。在聚类v B型中,输注红细胞治疗可明显降低患者在14d、28d及90d的死亡风险,死亡HR（95%CI）分别为0.36（0.18,0.73）、0.44（0.24,0.81）和0.47（0.27,0.80）,但在聚类v A及v C型中,输注红细胞治疗并未降低患者14d、28d和90d死亡风险。结论1对于脓毒症患者总体而言,输注红细胞治疗仅改善其短期临床预后。2脓毒症患者中存在三种潜在临床亚型,分别为:Ⅰ型以高龄和心脏问题为主要特点;Ⅱ型以病情较轻且Hb水平相对较高为主要特点;Ⅲ型以病情危重、血流感染占比高、存在明显凝血功能障碍及高乳酸血症且多合并腹部手术病史为主要特点。3仅脓毒症Ⅲ型患者能从输注红细胞治疗中获益,可以改善其短期及中远期临床预后。4在制订脓毒症患者输注红细胞治疗决策时,除了Hb以外,应该考虑患者的病情危重程度、是否存在血流感染、是否合并凝血功能障碍及高乳酸血症以及是否存在腹部手术病史等危险因素。5 K-medoids无监督聚类算法在脓毒症临床亚型研究的应用中稳定可靠,可为今后以亚型为导向的随机对照研究及相关病理生理机制研究提供帮助。