《Pediatric Research》：Distinct clinical patterns of preterm infants vulnerable to intestinal injury identified by unsupervised clustering
编辑推荐：
背景：当前坏死性小肠结肠炎（necrotizing enterocolitis，NEC）的诊断标准未能涵盖肠道损伤的完整谱系。研究人员旨在利用无监督层次聚类，在易感的极低出生体重儿（very low birth weight，VLBW）中识别独立于诊断的肠道损
背景：当前坏死性小肠结肠炎（necrotizing enterocolitis，NEC）的诊断标准未能涵盖肠道损伤的完整谱系。研究人员旨在利用无监督层次聚类，在易感的极低出生体重儿（very low birth weight，VLBW）中识别独立于诊断的肠道损伤临床模式。
方法：利用韩国新生儿网络（Korean Neonatal Network，KNN）2013–2022年前瞻性收集的20,352例VLBW婴儿数据，在排除反映早产程度及NEC诊断的变量后，进行无监督聚类分析。
结果：在无NEC相关标签的数据集中识别出8个主要聚类（C1–C8）。其中，聚类8表现出既往诊断为NEC ≥ 2期患病率最高，基于特征重要性进一步细分为5个不同的临床亚聚类（SC23–SC27）：产前抗生素暴露（SC23）、辅助生殖（SC24）、妊娠期高血压（pregnancy-induced hypertension，PIH）（SC25）、绒毛膜羊膜炎/未足月胎膜早破（preterm premature rupture of membranes，PPROM）（SC26）及严重出生后并发症（SC27）。在层次结构验证方面，各聚类的生存模式在Kaplan–Meier估计与监督生存模型预测之间表现出高度一致性。
结论：无监督聚类成功识别了易受肠道损伤的早产儿中独立于传统诊断标签的独特临床特征。这些精细的聚类为在该高危人群中建立新型、更全面的肠道损伤分类体系提供了有价值的框架。
影响：
•新提出的极低出生体重儿肠道损伤框架包含基于诊断的NEC分类无法充分捕捉的临床异质性表型。
•本研究利用大型多中心队列，通过无监督层次聚类识别了新生儿肠道损伤背后独立于诊断的表型结构。
•这些发现强化了肠道损伤的异质性，提供了基于大型患者数据库、通过无监督机器学习获得的更精细聚类，为建立更精准的早产儿分类体系提供了框架，从而避免使用目前存在命名不当的“NEC”一词。
一、研究背景与问题
坏死性小肠结肠炎（NEC）是新生儿重症监护领域的重大挑战，其临床负担沉重，但定义与病理生理机制长期存在不确定性。自1986年改良Bell分期标准引入以来，这一原本作为临床严重程度分级的工具，在临床实践和研究中一直被当作NEC的替代定义。然而，该分期系统依赖的临床和影像学表现往往缺乏特异性且易受主观判断影响，导致多种生物学性质不同的肠道损伤被归入同一诊断标签之下。这种诊断框架无法反映不同患儿在病理生理和预后上的显著异质性，制约了个体化治疗策略的发展。此外，基于NEC这一本身异质且不精确的诊断标签构建的传统风险模型及近期监督机器学习模型，在早期准确预测NEC、外科手术进展或死亡方面仍面临困难。越来越多的证据表明，目前被标记为NEC的肠道损伤源于发育不成熟、肠内喂养耐受不良、肠道菌群失调及全身炎症等多重复杂且相互作用的通路，提示NEC并非单一疾病实体，而是涵盖多种生物学上不同的肠道损伤表型的“诊断伞”，亟需分类学上的修订。在此背景下，不依赖预设诊断标签的结果无关型无监督方法为发现潜在临床表型提供了有前景的替代路径。此前一项单中心研究虽已识别出5种表型，但其结果的普适性仍不确定。因此，研究人员利用全国性VLBW婴儿队列，在完全剔除NEC相关诊断标签的条件下，探索无监督机器学习能否揭示全新的、易受肠道损伤的早产儿临床分组。
二、研究设计与方法
本研究基于韩国新生儿网络（KNN）2013–2022年前瞻性收集的20,352例VLBW婴儿数据，覆盖韩国77个新生儿重症监护病房。研究采用多阶段降维与聚类流程：首先对78个变量（65个二分类及13个连续变量）进行数据预处理，分类变量采用独热编码，连续变量经z-score标准化后均值插补；随后利用概率主成分分析（probabilistic principal component analysis，PPCA）将全部变量投影至6个主成分，解释总方差的32.8%；基于主成分得分采用Ward离差平方和法的层次凝聚聚类，通过组内平方和（within-cluster sum of squares，WCSS）肘部法则确定最优聚类数为8。为验证聚类结构的预后相关性，研究人员构建了随机生存森林（random survival forest，RSF）模型，采用log-rank分裂准则及Nelson-Aalen生存函数估计，以Harrell's C指数和时间依赖性受试者工作特征曲线下面积（AUC）评估判别性能，并通过限制平均生存时间（restricted mean survival time，RMST）量化无监督聚类Kaplan–Meier曲线与RSF预测的一致性。此外，采用SHapley Additive exPlanations（SHAP）识别驱动死亡风险的关键特征。
三、研究结果
主要聚类：无监督层次聚类识别出8个主要聚类（C1–C8），轮廓统计确认聚类分离可接受。聚类1、7、8的胎龄和出生体重相对较低。其中聚类8的NEC ≥ 2期患病率最高（17.9%，496/2778），外科NEC达13.0%（362/2778），约为全队列患病率（6.30%）的3倍；该聚类容纳了全队列38.7%（496/1282）的NEC ≥ 2期患儿及52.7%（362/686）需手术者，提示其为肠道损伤的高危群体。聚类1和7死亡率显著升高但NEC患病率较低，聚类2–6则胎龄相对较高、死亡率和NEC患病率较低。
亚聚类：在8聚类框架基础上进行次级聚类形成27个亚聚类，聚类8包含5个亚聚类（SC23–SC27）。SC23产前抗生素暴露率最高（64.9%），生存率极高（98%）。SC24以辅助生殖为主要特征，包括体外受精（in vitro fertilization，IVF，68.5%）和多胎妊娠（79.8%）。SC25母体妊娠期高血压（PIH）患病率高（36.8%）。SC26和SC27为临床最不稳定和高危表型，死亡率分别为28.6%和25.2%。SC26以产前炎症为特征，包括PPROM（78.9%）和组织学绒毛膜羊膜炎（68.1%）。SC27以院外出生率高（27.4%）及最广泛的严重合并症负担为特征，包括败血症（69.7%）、低血压（82.5%）、≥3级脑室内出血（intraventricular hemorrhage，IVH）（32.9%），以及早期肺动脉高压（17.5%）、空气泄漏综合征（20.5%）和大面积肺出血（23.1%）；该亚聚类达全肠内喂养（≥100 mL/kg/天）的中位时间为69天，有创机械通气94天，营养和呼吸恢复最为迟缓。
验证：监督分析验证了聚类结构的稳健性。验证集和测试集的Harrell's C指数分别为0.965（95% CI：0.949–0.980）和0.976（0.967–0.985），时间依赖性AUC分别为0.985（0.962–0.994）和0.994（0.988–0.998）。观察到的Kaplan–Meier曲线与RSF预测生存曲线高度一致，确认了无监督聚类结构在该探索性队列中的稳定性。
四、讨论与结论
研究讨论指出，尽管聚类过程中严格屏蔽了NEC相关标签，但事后仍需依赖NEC患病率来识别肠道损伤易感聚类，这源于KNN登记系统缺乏实验室或影像学辅助生物标志物数据。聚类8中NEC患儿的显著富集（约为队列平均水平的3倍）强有力地支持该聚类作为严重肠道损伤表型标志的假设。各亚聚类揭示了不同的围产期和出生后通路：SC23预后最佳，高产前抗生素暴露可能反映了疑似产前感染或炎症得到及时处理；SC26以PPROM和绒毛膜羊膜炎为特征的产前炎症暴露，与既往产前炎症通过免疫失调和屏障功能受损使未成熟肠道易受出生后损伤的证据一致；SC25与母体PIH相关，慢性子宫胎盘功能不全可能破坏肠道微血管和黏膜发育；SC24的辅助生殖特征可能同样反映胎盘功能不全和生长不一致；SC27则表现为败血症、低血压、高级别IVH及显著呼吸支持需求，血流动力学不稳定和全身缺氧可能通过微血管发育紊乱使未成熟肠道易受缺血-再灌注损伤。SHAP分析突出显示达全肠内喂养延迟是风险预测的主要贡献因素。与Gipson等人的单中心研究相比，本研究在大规模多中心全国队列中应用群体水平聚类，验证了无监督方法在识别独立于诊断的表型结构方面的可扩展性和普适性。研究强调，所识别的表型特征不应被解释为因果风险因素或NEC的重新分类，而是描绘了与肠道损伤易感性增加相关的临床情境。研究还指出，近期手术NEC的转录组分层已揭示炎症及缺氧/血管发育主导的分子亚型，与本研究临床表型的对应支持整合多组学分类体系的潜力。研究优势在于采用独立于传统诊断标签的无监督层次聚类、排除与早产严重程度强相关的变量、利用大型前瞻性全国队列并通过Kaplan–Meier分析和监督生存模型双重验证聚类特异性生存轨迹。局限性包括：回顾性队列需前瞻性外部验证；无监督层次聚类对初始特征选择和超参数设置敏感；事后依赖NEC患病率识别高危亚群存在循环验证的方法学悖论；模型并非实时早期预测工具。研究结论指出，在大型全国VLBW婴儿队列中，无监督聚类识别了易感群体中肠道损伤的独特临床模式，这些模式由产前抗生素暴露、辅助生殖、母体高血压疾病、产前炎症状态及严重出生后合并症等主导性临床情境定义，达全肠内喂养延迟成为高危表型中的主要预后信号，研究结果凸显了基于表型分层在推进研究和指导更有针对性的监测与管理策略方面的潜在价值。
