Senotype Blueprint of the Human Endocrine Pancreas（人類內分泌胰臟的衰老表型藍圖）

場次開場與研究主題定位

本場次屬於 Human Islet Identity and Organization 主題，聚焦人類胰島（human islet）的細胞身分、組織架構與功能調控。場次由 Mount Sinai Diabetes Institute 的 Ezra Carricos 主持，共安排四場短講，每場約 10 分鐘，之後保留約 5 分鐘問答；問題集中在各講結束後由聽眾至麥克風前自我介紹後提問。

第一場演講由 Cristina Aguayo-Mazzucato 報告，題目為 Senotype Blueprint of the Human Endocrine Pancreas。這項工作主要由實驗室博士後 Kanako Iwasaki 主導；因其無法到場，Cristina Aguayo-Mazzucato 代表團隊分享研究成果。核心訊息是：在人類成人生命歷程中的內分泌胰臟，至少存在兩類具有不同生物意義的 senotypes（衰老表型）。

報告者揭露利益關係：Cristina Aguayo-Mazzucato 擔任 Novo Nordisk 與 Sanofi 顧問。此研究來自 Joslin Diabetes Center / Harvard Medical School affiliate 的 Beta Cell Aging Lab，並屬於 Senescence Tissue Mapping Center 相關工作；此場為 ADA 2026 1028-OR 報告。

本演講的邏輯分成四個層次：

先回顧 cellular senescence（細胞衰老） 的基本概念，以及它與第二型糖尿病（type 2 diabetes, T2D）的關聯。
說明 SenNet（Cellular Senescence Network） 針對健康老化過程中衰老細胞定位與特徵建立的努力。
引入 senotype 的概念：衰老細胞不是單一狀態，而是可依照 transcriptome、spatial interactome 與功能後果分為不同族群。
最後提出目前的工作模型：p16/CDKN2A 相關衰老表型可能偏向適應性、生理性；p21/CDKN1A 相關衰老表型則可能偏向失適應性、病理性。

細胞衰老：停止分裂但不死亡，並透過 SASP 影響周邊環境

Cellular senescence 是一種壓力反應。衰老細胞進入相對穩定、持久的 cell-cycle arrest（細胞週期停滯） 狀態：它們停止分裂，但並不立即死亡。這些細胞同時具有典型的 pro-inflammatory senescent phenotype，也就是會分泌一組可影響鄰近細胞的因子，稱為 senescence-associated secretory phenotype（SASP）。

衰老細胞有幾個重要特徵。第一，它們在組織中通常屬於少數族群，比例不高；第二，它們非常異質，會因細胞類型、組織位置、誘發壓力與生理狀態不同而呈現不同標記與功能。這種異質性是目前領域中最重要也最困難的問題之一：我們仍不完全知道是什麼因素決定衰老細胞的不同狀態，更不清楚不同狀態在生理或病理上究竟具有何種意義。

從胰島 β 細胞與糖尿病的角度來看，Aguayo-Mazzucato 團隊過去已經指出，β-cell senescence 是推動第二型糖尿病的重要現象之一。近期研究更顯示，在小鼠與人類中，一群表現 p21（CDKN1A） 的衰老 β 細胞會在第二型糖尿病進展早期出現，甚至可視為疾病進展前的關鍵亞群。

相關背景資料指出，p21 陽性 β 細胞亞群在 T2D 進展早期出現的研究由 Iwasaki K 與 Carapeto P 等發表於 JCI Insight（in press）。

然而，細胞衰老並非全然有害。衰老細胞在 tumor suppression（腫瘤抑制） 與 wound healing（傷口癒合） 中有重要的保護作用。問題在於，當衰老細胞隨年齡累積，特別是在慢性代謝疾病背景中，它們可能促進多種 age-associated conditions，包括糖尿病。動物研究中，清除衰老細胞與改善健康壽命（healthspan）及壽命（lifespan）相關；因此若未來要將這類策略轉譯至臨床，必須先理解「哪些衰老細胞需要被保留、哪些可能需要被靶向清除」。

細胞衰老的 hallmarks 包括：p53、p16INK4A/CDKN2A、RB、MKI67、p21CIP1/CDKN1A 等 cell-cycle arrest 相關路徑；DNA damage response（DDR）與 γH2AX、T53BP1；核內 HMGB1 loss、lamin B1 loss、SAHF、SADS/TAF 等 nuclear changes；抗凋亡路徑如 ABL1、BCL2L1、EFNB1、SERPINB2；SASP 與發炎因子如 IL-6、GDF15、IL-1α、TGFB1、IL-1β、IFNγ；細胞表面標記如 uPAR、NOTCH3、DPP4、CD36、NOTCH1、TNFRSF10D、ICAM1、oxidized vimentin；以及 ROS、粒線體與 lysosomal content 增加、SA-β-galactosidase 活性升高、細胞形態改變等。

這些特徵不會在每個衰老細胞中同時出現。不同細胞可能只呈現部分 hallmarks，導致衰老細胞在組織內與跨組織之間都高度異質。這也使得不同研究在不同組織、甚至同一組織內得到的結果難以互相整合：一個研究用 p16 定義衰老細胞，另一個研究用 p21 或 SA-β-gal，看到的可能其實是不同衰老狀態。

跨組織異質性的例子包括：神經元可呈現 low LMNB1、lipofuscin、high p21；小膠質細胞可呈現 high p16、SASP、SA-β-gal；肺泡上皮細胞偏 high p21 與 DNA/lipid damage；肝細胞可出現 DNA/oxidative damage 與 ALISE；脂肪細胞常見 high p21、high p53、SA-β-gal；皮膚 fibroblasts 偏 high p16、SASP、SA-β-gal；骨細胞可同時 high p21 與 p16。這些資料呼應 Ogrodnik M et al., Cell 2024 對衰老標記異質性的整理。

SenNet 與 KAPP-Sen：在人類生命歷程中建立衰老細胞地圖

為了解決衰老異質性與臨床轉譯問題，SenNet（Cellular Senescence Network） 的目標是建立高品質的人類衰老細胞地圖，描繪不同器官中衰老細胞的位置、分子特徵與組織互動。Aguayo-Mazzucato 團隊參與的是針對 kidney、adipose tissue、pancreas、placenta 的組織繪圖中心，簡稱 KAPP-Sen；其中 Joslin 團隊主要負責胰臟與胰島相關分析。

KAPP-Sen 的目標是讓 SenNet 能在人類生命歷程中建立 kidney、adipose tissues、pancreas 與 placenta 的 senescent cell maps。設計上納入不同年齡層：年齡 <35 歲、35≤年齡<60 歲、以及 ≥60 歲；排除條件包括 diabetes mellitus、BMI >30、pancreatitis、pancreatic cancer 或 metastasis。

本研究使用兩類人類胰臟材料：

Whole pancreas（全胰臟組織）
組織在 Joslin 處理後，再送至 Jackson Laboratory 進一步進行空間蛋白體與空間轉錄體分析。研究者會從胰臟不同區域取樣，以提高整體代表性。
Dispersed pancreas / dispersed islets（分散胰臟或分散胰島樣本）
這些樣本用於 single-cell RNA-seq，並在 Joslin 進行功能測試與染色分析，包括 insulin secretion 功能評估以及衰老相關標記檢測。

Whole pancreas cohort 約 n=26，dispersed pancreas/islets cohort 約 n=14。兩個 cohort 在年齡上大致可比，但 dispersed islet cohort 的 BMI 顯著較高。Whole pancreas cohort 年齡範圍約 21–82 歲，平均約 50.7±18.4 歲，BMI 約 23.7±4.0，性別約女性 50%、男性 50%；dispersed islets cohort 年齡約 34–69 歲，平均約 55.1±8.6 歲，BMI 約 27.5±3.1，女性約 29%、男性約 71%；BMI 差異 p=0.005。

研究平台包括 spatial proteomics、spatial transcriptomics 與 single-cell transcriptomics：

CODEX：用抗體影像方式測量蛋白質，具單細胞解析度。
Visium：以 barcoded transcript capture 做空間轉錄體，解析度較低，每個 spot 可含多個細胞，但能涵蓋較大片組織，適合觀察不同細胞型之間的空間關係。
Xenium：RNA in situ hybridization imaging，可在單細胞解析度下測量選定基因。
scRNA-seq：以 droplet-based 10x Genomics 平台進行單細胞 RNA 定序，可取得大量細胞的 transcriptome。

CODEX 主要偵測 proteins，解析度約 single-cell、0.25 μm/pixel，抗體 panel 約百種；Visium 偵測 RNA，spot 約 55 μm，可涵蓋約 20,000 genes；Xenium 偵測 RNA in situ，single-cell、約 0.21 μm/pixel，可測 100–1,000 genes；scRNA-seq 為 droplet-based single-cell 方法，每個樣本可分析約 1,000–100,000 cells。依平台不同，donor/sample 數約為 CODEX 13/32、Visium 10/40、Xenium 15/32、scRNA-seq 13/42，並以多區域取樣提高代表性。

Senotype 的操作性定義：以 CDKN1A/p21 與 CDKN2A/p16 區分衰老 β 細胞族群

本研究將 senotype 定義為：具有不同 transcriptome、spatial interactome 與特徵性功能後果的衰老細胞族群。也就是說，senescence 不只是「有或沒有」的二分狀態，而可被進一步分成不同類型，每一類可能對細胞身分、功能與組織微環境造成不同影響。

研究者選擇 CDKN1A 與 CDKN2A 作為 senotype identification 的核心依據。CDKN1A 編碼 p21CIP1，CDKN2A 編碼 p16INK4A。選擇這兩個標記有三個原因：

p21 與 p16 都是衰老細胞中已知且重要的 markers 與 effectors。
在本研究使用的所有平台中，CDKN1A 與 CDKN2A 都能在胰臟不同細胞型中被偵測到。
兩者在空間與細胞群上的分布呈現離散性，暗示它們可能代表特定衰老身分，而不只是隨機或連續的表現變化。

依照 CDKN1A 與 CDKN2A 表現，研究者將人類內分泌胰臟中的衰老細胞分為三個操作性族群：

CDKN1A+/CDKN2A−：p21+ senotype
CDKN1A−/CDKN2A+：p16+ senotype
CDKN1A+/CDKN2A+：double-positive senotype

在 UMAP 與空間資料中，這三類 senotype 可於 Visium、Xenium、CODEX 與 scRNA-seq 等平台中被對應出來，作為 transcriptomic、spatial 與 proteomic 層次整合分析的基礎。

老化相關變化：β 細胞比例、insulin/C-peptide 下降，CDKN1A/CDKN2A 與胰島形態不規則性上升

在 whole pancreas analysis 中，研究團隊整合多個變數來看哪些特徵與年齡最相關。結果顯示，年齡上升與幾項變化呈現顯著關聯：

β 細胞比例下降
insulin 與 C-peptide 蛋白表現下降
CDKN1A/p21 與 CDKN2A/p16 表現上升
胰島形態 eccentricity 上升，也就是胰島隨年齡變得較不圓、形態更不規則

這些結果支持一個重要概念：在人類胰臟老化過程中，β-cell senescence 是關鍵特徵之一，而且同時伴隨 β 細胞身分與胰島結構的改變。

全胰臟資料中，年齡與 endocrine β cell proportion 呈負相關（r=-0.76，p=0.001）；與 CODEX insulin 呈負相關（r=-0.66，p=0.014）；與 CODEX C-peptide 呈負相關（r=-0.62，p=0.025）。相反地，年齡與 Xenium CDKN1A/p21 呈正相關（r=0.72，p=0.003），與 Xenium CDKN2A/p16 呈正相關（r=0.71，p=0.003），也與 islet eccentricity 呈正相關（r=0.59，p=0.021）。

p21+ β 細胞出現明顯 β 細胞身分喪失；p16+ 與雙陽性族群則不同

確認 p21、p16 與 double-positive 三個族群後，研究者先檢查這些細胞是否也調控其他已知衰老標記，以確定它們是 bona fide senescent cells。接著研究焦點轉向 β-cell identity（β 細胞身分）。

最關鍵的發現是：p21+ β cells 出現顯著 β 細胞基因下調，而這種變化並不明顯出現在 p16+ cells 或 double-positive cells。換句話說，並非所有 senescent β cells 都等同於「去分化」或「喪失功能身分」；p21+ senotype 對 β 細胞身分的負面影響特別明顯。

在 spatial proteomics 與 spatial transcriptomics 中也看到一致結果：具有高 nuclear p21 的 β cells，其 insulin 與 C-peptide 蛋白明顯較低；在 mRNA 層次，INS 與 MAFA 也下降。

CDKN1A+ senotype 的 β-cell identity loss 牽涉多個層次。分析包含 senescence-related genes / markers，如 CDKN1A、CDKN2A、TP53、RB1、TP53BP1、LMNB1；抗凋亡與壓力路徑如 BCL2L1、ABL1、EFNB1；SASP 相關 GDF15、TGFB1；表面標記如 NOTCH1、NOTCH3、CD36、ICAM1、PLAUR、TM4SF1。β 細胞身分與功能相關基因則包括 MAFA、MAFB、FOXA2、PDX1、INS、CPE、ABCC8、G6PC2、GCK/GK、GLUD1 等。空間蛋白體資料顯示 p21+ β cells 的 INSULIN 與 C-PEPTIDE Z-score 顯著下降；空間轉錄體資料顯示 INSULIN mRNA 與 MAFA 顯著下降。

這一點非常重要，因為它將 p21+ senotype 與 β 細胞功能性衰退連結起來，也為後續功能實驗奠定基礎。

功能測試：CDKN1A 高表現胰島失去 glucose responsiveness；CDKN2A 高表現胰島保留功能

接下來研究者以功能性實驗檢驗不同 senotype 是否真的對胰島功能造成不同後果。做法是依照 donor 的 CDKN1A 或 CDKN2A 表現高低將胰島分組，再比較 glucose-stimulated insulin secretion（GSIS）與 perifusion 反應。

依 CDKN1A 分組時，結果非常清楚：
CDKN1A 低表現 donor 的胰島對葡萄糖有反應；CDKN1A 高表現 donor 的胰島則失去 glucose responsiveness。
這在 static GSIS 與 perifusion data 中都能看到。

依 CDKN2A/p16 分組時，結果剛好不同：
CDKN2A 高表現的胰島保留功能，並在 perifusion 中呈現較好的反應。
這與既有研究相符：p16 過度表現曾被報告可改善 β 細胞身分與 β 細胞功能。

功能分析使用 dispersed islets，並依 scRNA-seq 中 CDKN1A 或 CDKN2A 表現值分成 High/Low 類別。Static GSIS 比較低糖 2.8 mM glucose 與高糖 16.8 mM glucose 下 insulin secretion（mU/mg DNA）。Perifusion protocol 包含 2.6 mM glucose baseline、16.8 mM glucose stimulation、回到 2.6 mM glucose，以及 IBMX challenge，總時間約至 148 分鐘。CDKN1A-high donor 約 n=4，CDKN2A-high donor 約 n=3；CDKN2A-high static GSIS 在高糖刺激下呈現功能保留趨勢（p=0.09），perifusion 結果亦支持 p16-high 族群較具功能性。

因此，p21 與 p16 雖然都是 senescence markers，但在 β 細胞中代表的生物狀態並不相同。p21+ senotype 與 β-cell identity loss、功能失調連結較強；p16+ senotype 則與保留 β 細胞身分與功能較一致。

Senotype-specific SASP：p21+ 與 double-positive 族群較具促發炎特徵，並伴隨免疫浸潤

研究下一步是釐清：不同 senotype 是否分泌不同的 SASP？若 p21+ 與 p16+ β cells 不只是 marker 不同，而是具有不同 secretome，那麼它們對周邊組織微環境的影響也可能完全不同。

研究者將過去已發表的人類胰島 SASP proteomics 資料，與本研究 donor 的 single-cell RNA-seq 資料交叉比對。結果顯示，SASP 蛋白並不是由所有 senescent population 共同轉錄或共同貢獻；不同 senotype 確實具有不同 SASP signature。

SASP 分析使用既有資料集 GSE162521：healthy human islets（donor n=6）經 FACS 依 β-gal activity 分選後培養，收集 conditioned medium（CM）進行 proteomics。此資料再與 SenNet project 中 healthy human islets 的 scRNA-seq（donor n=13）交叉比對；分析時先抽取 β-cells，再計算 CDKN1A+/CDKN2A−、CDKN1A−/CDKN2A+、CDKN1A+/CDKN2A+ 三種 pancreatic β-cell senotype scores，並比較各自 top genes 與 SASP proteomics 的對應。

Pathway enrichment analysis 顯示：

CDKN1A+ cells 與 double-positive cells 的 SASP 更偏 pro-inflammatory。
CDKN2A+ cells 的 SASP 則較不具強烈發炎特徵。

功能性讀出也與此一致：表現 CDKN1A 的胰島有較高的 immune infiltration；相比之下，CDKN2A 相關 senotype 的免疫浸潤較低。

CDKN1A+/CDKN2A− senotype 富集於 regulation of response to stress、regulation of immune system process、cytokine signaling in immune system、response to oxygen-containing compound 等路徑。CDKN1A−/CDKN2A+ senotype 則較偏 cell-cell adhesion、signaling receptor regulator activity、molecular function activator activity、regulation of cell differentiation 等。Double-positive senotype 則包含 tube development / morphogenesis、cytokine signaling、signaling by interleukins、regulation of programmed cell death 等路徑。Visium RNA 資料中，CDKN1A+ senescent cell proportion 與 immune cell infiltration 呈正相關；免疫細胞以既有 leukocyte markers 定義，包括 PTPRC、CD3E、CD4、CD8A、CD14、CD68、LYZ、ITGAX。

這使 p21+ senotype 的意義更加清楚：它不只是 β 細胞本身功能較差，也可能透過促發炎 SASP 改變胰島微環境，吸引或伴隨更多免疫細胞浸潤，形成更病理性的局部狀態。

空間分布補充分析將胰臟區域分成 islet、gamma-enriched islet、acinar-islet border、acinar、duct/vasculature、immune、mesenchymal、ductal metaplasia、inflamed/stress acinar 等 anatomical neighborhoods，並比較一般 β cells 與 p21+ β cells 對 ductal cells、endothelial cells 的 neighborhood Z-score。這類 spatial interactome 分析為理解 senotype 如何嵌入局部組織微環境提供基礎。

工作模型：p16/CDKN2A 可能代表適應性生理衰老；p21/CDKN1A 可能代表失適應性病理衰老

綜合 transcriptome、spatial proteomics、spatial transcriptomics、functional assays 與 SASP/immune infiltration 分析，目前工作模型如下：

在人類胰臟中，隨年齡增加，至少有兩類主要 senotype 上升：

p16INK4A / CDKN2A senotype
- 隨年齡增加
- β 細胞身分相對保留
- 胰島功能相對保留
- immune infiltration 較低
- 可能代表 adaptive / physiological senescence
p21CIP1 / CDKN1A senotype
- 隨年齡增加
- β 細胞身分下降
- glucose responsiveness 與 insulin secretion 受損
- immune infiltration 較高
- 可能代表 maladaptive / pathological senescence

double-positive population 則較複雜：它在某些方面接近 p16+ senotype，在另一些方面接近 p21+ senotype。也就是說，senotype 並非只有單一路徑，而可能代表不同衰老程式的交會點。

整體研究目標是建立 human endocrine pancreas 的 senotype blueprint，揭示不同衰老 signature 的生物意義，並為未來 senotherapeutic strategies 在代謝健康與整體人類健康上的應用提供依據。

致謝與研究網絡

本研究特別感謝器官與組織 donor 及其家屬，因為這類人類胰臟研究高度仰賴珍貴 donor tissue。團隊也感謝 Joslin lab 成員、bioinformatics core、SenNet Tissue Mapping Center 團隊，以及多個合作單位。

致謝名單包含 Joslin Diabetes Center 的 Maya Jackson、Christopher Cahill、Sandra Le、Adedoyin Adebayo、Priscila Carapeto、Francesko Hela、Susan Bonner-Weir、Jennifer Hollister-Lock；Joslin Bioinformatics core 的 Pan Hui、Jonathan Dreyfuss；The Jackson Laboratory、UT Health San Antonio、Cedars-Sinai Medical Center、Mayo Clinic、Johns Hopkins University、Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute、University of Connecticut 等合作團隊。資助來源包括 NIH / NIDDK R01 DK132535、NIH 1U54AG075941、Joslin Margaret A. Congleton Chair、Manpei Suzuki Diabetes Foundation、The Iacocca Family Foundation，以及 IIDP、PRODO Laboratories 等資源。

討論與問答：p21、p16 與雙陽性族群之間的關係

第一個問題聚焦在一個很有趣的觀察：只有 p21+ group 出現明顯 β-cell marker genes 下調；但 double-positive cells 雖同時表現 p21 與 p16，卻沒有同樣明顯的 β 細胞身分喪失。問題是：這兩個衰老路徑之間的互動如何理解？double-positive cells 究竟代表什麼？

回答指出，double-positive subpopulation 會依照觀察的 phenotype dimension 不同，而與 p21 或 p16 各自共享部分特徵。若看 β-cell identity，double-positive cells 比較像 p16+ cells，也就是不會像 p21+ cells 那樣明顯喪失 β 細胞身分；但若看 secretome 或 SASP，double-positive cells 則比較像 p21+ subpopulation，偏向 pro-inflammatory。

不過，double-positive cells 在數量上很少。整體而言，主要 senescent population 仍以 p21+ phenotype 為主，因此本研究的病理性解讀主要圍繞 p21+ cells。

第二個問題詢問這些族群到底佔多少比例，也就是 senescent subpopulations 在細胞數量上有多大。回答強調：比例高度依賴平台與樣本處理方式。

若看 single-cell RNA-seq，在年輕 donor 中 senescent subpopulation 可高達約 20%，這個比例相當高；但若看不經過組織解離、保留空間架構的 spatial data，比例會降到約 5% 的 β cells。跨平台來看，在 β 細胞中主要 senotype 是 p21 phenotype，約可佔 senescent β-cell phenotypes 的 40% 左右；其他族群比例更低。不同 endocrine cell types 也各自有不同 senotype proportions。

由於時間限制，問答在此暫停，場次繼續下一場演講。

Take-home Summary

人類內分泌胰臟的衰老不是單一狀態，而是可分成不同 senotypes。
本研究以 CDKN1A/p21 與 CDKN2A/p16 區分至少兩個主要衰老表型，並另有少量 double-positive population。
隨年齡增加，β 細胞比例、insulin 與 C-peptide 下降；CDKN1A、CDKN2A 與胰島形態不規則性上升。
p21+ β cells 具有 β-cell identity loss、insulin/C-peptide/MAFA 下降、glucose responsiveness 受損、促發炎 SASP 與較高 immune infiltration，較符合 maladaptive / pathological senescence。
p16+ β cells 則保留 β-cell identity 與功能，immune infiltration 較低，可能代表 adaptive / physiological senescence。
double-positive cells 在 identity 上較像 p16+ cells，但在 secretome 上較像 p21+ cells；比例較低。
若未來要發展 senotherapeutics，重點不只是「清除衰老細胞」，而是要辨識並精準靶向真正病理性的 senotype，同時避免破壞可能具有保護性或適應性功能的衰老族群。