《International Journal of Molecular Sciences》：Impact of Sex on Age-Related Changes in Pancreatic Islet Morphology and Beta-Cell Plasticity in Mice
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本研究旨在评估年龄和性别对胰岛形态及相关的胰岛细胞谱系的影响。为此，研究人员采用了12周龄和52周龄的雄性及雌性转基因Ins1Cre/+;Rosa26-eYFP和GluCreERT2;ROSA26-eYFP小鼠，检测了性别和年龄依赖效应对胰岛结构的影响，尤其关
本研究旨在评估年龄和性别对胰岛形态及相关的胰岛细胞谱系的影响。为此，研究人员采用了12周龄和52周龄的雄性及雌性转基因Ins1Cre/+;Rosa26-eYFP和GluCreERT2;ROSA26-eYFP小鼠，检测了性别和年龄依赖效应对胰岛结构的影响，尤其关注胰岛细胞可塑性变化所发挥的作用。在12周龄时，与同龄雌性小鼠相比，雄性Ins1Cre/+;Rosa26-eYFP小鼠表现出总体胰岛面积和数量的增加，以及α细胞和β细胞面积的增大。这与β细胞凋亡减少和β细胞特性维持相关，同时导管细胞与β细胞标志物共表达显著增加。然而，在52周龄时，上述效应在胰岛形态上几乎完全表现出性别特异性逆转。与相应雄性小鼠相比，老年雌性小鼠的胰岛面积和β细胞面积增加，同时β细胞凋亡率显著降低、β细胞新生上调，并伴有β细胞去分化明显减少。在相关的GluCreERT2;ROSA26-eYFP转基因小鼠中的观察进一步强调，雌性小鼠在应对衰老时发生的胰岛细胞转变事件有助于维持β细胞团块。总之，胰岛形态存在明显的性别和年龄诱发的差异。这些变化部分与胰岛细胞更新速率的改变有关，尤其是雌性（而非雄性）小鼠在面对年龄诱导的应激时，能够有效调整胰岛细胞可塑性以维持β细胞团块。
**一、研究背景与目的**
性别在临床前和临床研究中常被视为未充分重视的生物学变量。已有证据表明，男性和女性在葡萄糖稳态及抗高血糖药物反应上存在差异，男性罹患糖尿病及相关代谢疾病的风险高于女性。雌性胰岛在移植后具有更长的存活时间，且性别二态性在胰岛形态中表现明显，这与激素和遗传因素有关。雌性激素通常被认为对胰岛细胞具有保护作用，而睾酮的影响仍存争议。衰老是公认的胰岛细胞应激源，可导致胰岛素抵抗和糖耐量受损，并增加β细胞代谢负荷，最终引起功能性β细胞团块耗竭。虽然应激诱导的β细胞凋亡可能参与该过程，但年轻和年老个体间β细胞存活率变化极小，提示其他机制发挥作用，其中胰岛细胞谱系的有害改变近年来受到关注。研究人员既往利用转基因小鼠发现，中年雄性小鼠胰岛形态紊乱和β细胞功能障碍与β细胞特性丧失及α细胞和导管细胞向β细胞表型转分化减少有关。然而，性别对衰老过程中胰岛细胞可塑性，特别是β细胞谱系及β-α细胞转分化事件的直接影响尚缺乏直接比较。本研究旨在通过同一转基因小鼠品系，在12周龄和52周龄时系统比较雄性和雌性小鼠胰岛形态及细胞谱系变化，以阐明性别在年龄相关胰岛结构退化中的作用。
**二、研究内容与主要结论**
研究人员采用雄性及雌性Ins1Cre/+;Rosa26-eYFP转基因小鼠，在12周龄和52周龄时评估胰岛形态学参数，包括胰岛面积、β细胞面积、α细胞面积、胰岛数量及双激素阳性细胞比例，并检测β细胞增殖、凋亡、去分化、β-α细胞转分化、β细胞新生及导管-β细胞标志物共表达。同时，利用同样年龄的GluCreERT2;ROSA26-eYFP转基因小鼠追踪α细胞谱系，评估α细胞去分化、α-β细胞转分化及胰高血糖素阳性/GFP阴性细胞比例。研究结果显示，年轻雄性小鼠的β细胞凋亡减少且β细胞特性维持，伴随导管与β细胞标志物共表达增加；而老年雌性小鼠呈现出β细胞凋亡率降低、β细胞新生上调及β细胞去分化减少。因此，雌性小鼠在衰老过程中能够通过正向调节胰岛细胞可塑性来维持β细胞团块，而雄性小鼠则丧失这一能力。该研究首次直接比较了性别对年龄相关胰岛细胞转分化事件及其与胰岛形态整体完整性关系的影响，具有重要意义。
**三、主要技术方法**
研究使用了雄性及雌性Ins1Cre/+;Rosa26-eYFP和GluCreERT2;ROSA26-eYFP转基因小鼠，均为C57Bl/6遗传背景，由阿尔斯特大学生物医学与行为研究部门内繁殖。Ins1Cre/+;Rosa26-eYFP小鼠具有组成性激活的转基因，而GluCreERT2;ROSA26-eYFP小鼠表达他莫昔芬诱导型CreERT2系统，在注射他莫昔芬后实现α细胞谱系追踪。小鼠在12周龄或52周龄时被处以安乐死，取胰腺组织固定、石蜡包埋并切片。免疫组织化学染色采用胰岛素、胰高血糖素、GFP、Ki-67、CK-19等抗体，并使用TUNEL染色评估凋亡。图像通过荧光显微镜采集，使用CellF和ImageJ软件进行盲法分析，统计采用双因素方差分析。
**四、研究结果**
**1. 雄性小鼠体重增加及循环葡萄糖年龄依赖性升高**：12周龄雄性转基因小鼠体重显著高于同龄雌性，但非空腹血糖相似；52周龄时雄性小鼠体重仍较高，且血糖水平显著高于雌性。
**2. 雄性小鼠表现出雌性小鼠未观察到的年龄依赖性胰岛和β细胞面积下降**：12周龄雄性小鼠的胰岛面积、β细胞和α细胞面积及胰岛数量均高于同龄雌性，但双激素阳性细胞比例较低。至52周龄，雌性小鼠的胰岛面积、α细胞和β细胞面积及胰岛数量均显著高于雄性，而雄性双激素阳性细胞比例更高。年龄与性别在多项形态学参数上存在显著交互作用。
**3. β细胞增殖随年龄下降，但凋亡率呈现年龄和性别特异性差异**：β细胞增殖在年轻雄性中低于雌性，并在52周龄时维持这一差异。β细胞凋亡在12周龄雄性中较低，但52周龄时显著升高；雌性β细胞凋亡随年龄下降，雄性则随年龄升高。α细胞增殖在52周龄雄性中升高，α细胞凋亡无显著性别差异。
**4. 胰岛细胞可塑性及β细胞新生表现出受年龄影响的明显性别特异性变化**：12周龄雄性小鼠β细胞去分化减少，β-α细胞转分化及导管-β细胞标志物共表达增加；52周龄时结果几乎完全反转，雌性小鼠β细胞去分化减少，β-α细胞转分化及内分泌来源的β细胞新生增加。CK19/胰岛素共表达在52周龄无性别差异，但年龄与性别交互作用显著。
**5. GluCreERT2;ROSA26-eYFP小鼠观察结果证实性别和年龄对胰岛细胞可塑性的影响**：α细胞去分化在12周龄雄性中升高，在52周龄雄性中降低。α-β细胞转分化在12周龄雄性中增加，在52周龄中减少。雌性小鼠α细胞去分化和α-β细胞转分化随年龄升高，雄性随年龄降低。胰高血糖素阳性/GFP阴性细胞百分比在52周龄雄性中显著高于雌性。
**五、讨论与结论总结**
讨论部分指出，衰老过程中β细胞增殖率下降在雄性和雌性中均存在，但β细胞存活率存在性别差异，支持雌性β细胞团块维持。年轻雄性小鼠β细胞团块的增加更多来源于导管来源的新生祖细胞，而非细胞谱系转换；雌性小鼠则通过β细胞去分化减少和β-α细胞转分化增强等途径应对衰老压力。老年雄性小鼠虽然尝试通过增强α细胞增殖和新生来补充β细胞池，但最终效果有限，表现为无效的代偿反应。此外，年龄和性别对胰岛细胞可塑性的影响可能部分由性激素驱动，但具体机制仍需进一步研究。研究局限性包括仅观察12周和52周两个时间点、GluCreERT2;ROSA26-eYFP模型中GFP表达不完全等。研究结论指出，胰岛形态存在明确的性别差异，衰老过程中β细胞增殖减少与性别无关，但β细胞存活的性别特异性差异支持雌性β细胞团块保存；中年雌性小鼠能够有效调整胰岛细胞可塑性以维持或扩大β细胞池，而老年雄性小鼠此能力严重受损。因此，增强正向胰岛细胞转变事件的策略可能为年龄相关代谢功能衰退提供治疗应用。
