八、细胞转分化与去分化
肾小球或小管间质上皮细胞转分化（epithelial-myofibroblast transdifferentiation, EMT）和内皮转分化或内皮-肌成纤维细胞转变（endothelial-myofibroblasts transformation, EndoMT）促进肾纤维化的进展。EMT和EndoMT完成需要四个关键事件，导致肾小球硬化和肾小管间质纤维化。这四个关键事件是：①上皮标记物（例如E-钙黏蛋白）减少；②从头合成α-平滑肌肌动蛋白并增加间充质标记物（例如波形蛋白）的表达；③基质金属蛋白酶（例如MMP-2）破坏基底膜；④活化的肌成纤维细胞侵入间质（表达FSP1阳性细胞）。
但在肾脏纤维化的发生发展中，肌成纤维细胞在细胞外基质的合成和分泌中起着重要作用，糖尿病肾病患者肌成纤维细胞数量与肾功能呈负相关。足细胞转分化导致肾小球硬化、小管上皮细胞转分化导致小管间质纤维化，而内皮细胞转分化既可导致肾小球硬化，又能导致小管间质纤维化。
（一）上皮转分化与内皮转分化
1.上皮细胞-间质细胞转分化
EMT是极化上皮细胞失去上皮标记物如E-钙黏蛋白，获得新生间充质或成肌细胞标记物如波形蛋白、SPF 1和α-SMA，并转化成活动间充质细胞的过程。EMT是组织发生和器官发生过程中的一个重要过程，也是癌症转移的第一个步骤。EMT的特征是上皮细胞，优选近端小管细胞和足细胞获得间充质特性。
在高糖水平下，TGF-β1/Smad信号通路导致培养足细胞中蜗牛蛋白表达增加，从而诱导足细胞EMT。此外，高糖状态下，血管紧张素Ⅱ通过增强转化上皮细胞中的细胞整合素连接激酶（integrin-linked kinase），促进β-连环蛋白/LEF-1复合物向细胞核的易位，促进足细胞EMT。足细胞EMT广泛参与糖尿病足细胞缺失的早期阶段，导致足细胞分离或足细胞凋亡，转化成活动的间充质细胞。
足细胞和肾小管上皮细胞在急性（48～72小时）暴露于高糖或糖尿病的其他刺激后被激活，这导致E-钙黏蛋白和ZO-1蛋白表达减少，相反，转分化蛋白如α-SMA和波形蛋白的表达立即增加。2型糖尿病患者FSP 1阳性足细胞在尿沉渣中显著增加，FSP1阳性细胞优先表达Snail和ILK，在诱导EMT中起着关键作用。足细胞在升高的葡萄糖水平下培养48小时可以触发PI3K/AKT途径的激活，并提高α-SMA和desmin的蛋白表达，而podocalyxin和nephrin的蛋白表达受到抑制。上述这些变化降低了肾素和ZO-1的足细胞相关蛋白的表达，而结蛋白、MMP-9和FSP1的表达依次升高。
糖尿病诱导的足细胞EMT可能通过TGF-β/Smad、Wnt/β-catenin、整合素/整合素连接激酶、MAPK、Jagged/Notch、NF-κB等多种分子信号通路介导。EMT的潜在后果便是足细胞与肾小球基底膜的附着障碍，导致足细胞消失，并出现滤过性损害。
2.内皮细胞-间质细胞转分化
EndoMT是上皮-间充质转变的一种特殊形式。在EndoMT过程中，内皮细胞失去内皮标志物并获得间质标志物。来自实验室的证据表明，在STZ诱导的糖尿病肾病间质纤维化早期发展中，EndoMT起重要作用。在糖尿病肾病中，表达α-SMA的细胞主要位于肾间质中，而在肾小球中较少，与系膜细胞增殖有关。
EndoMT在糖尿病肾间质纤维化发展中可能经历三个阶段：初始阶段、中间阶段和初始阶段。在EndoMT过程中，内皮细胞标志物逐渐消失，而过渡细胞获得间质标志物。转化细胞可以同时表达内皮细胞和间充质标志物。肾小管周毛细血管内皮细胞在TGF-β1、高糖、晚期糖基化终产物、血管紧张素Ⅱ等的作用下，FSP1和α-SMA表达增加，内皮细胞标志物下调，可能转化为成纤维细胞。在肾小球内皮细胞中，最近的研究表明，高级氧化蛋白质产物通过诱导内质网应激触发EndoMT。
TGF-β1、晚期糖基化终产物、高糖、血管紧张素Ⅱ、氧化应激是重要的EMT诱导因子，参与糖尿病肾脏纤维化的发展和进展，EndoMT和EMT是否由相似的刺激引起，是否涉及类似的信号转导反应，目前证据并不充分。
（二）胰岛细胞转分化与去分化
从单基因糖尿病到2型糖尿病，不同形式的糖尿病都存在成熟β细胞特性的丧失。去分化为祖细胞和转分化为产生胰高血糖素的α细胞是糖尿病β细胞功能衰竭的重要机制，而早期和积极的抗糖尿病治疗可以恢复糖尿病的成熟β细胞特性。因而关于糖尿病中β细胞质量损失主要是由β细胞死亡引起的认识受到了挑战，血糖不受控制，可能是β细胞特性受到了损害，而不是β细胞凋亡，糖尿病β细胞凋亡率的增加并不能解释β细胞质量显著减少。这可能涉及成熟β细胞身份的丧失伴随去分化，而遗传和表观遗传分析则提示胰腺内分泌和外分泌细胞在病理条件下表现出一定程度的细胞可塑性。
胰岛细胞的转分化与去分化与胰岛细胞类型的同一性、胰岛细胞可塑性及β细胞的代谢有关。代谢状态决定了β细胞的特性，而不同胰岛细胞类型之间的深度表观遗传相似性为胰岛细胞的转分化和去分化奠定了基础。在长期糖尿病中，β细胞形态和功能均可能发生很大改变。
2型糖尿病具有外周胰岛素抵抗、β细胞功能障碍和细胞死亡的特征。然而，越来越多的证据表明，特别是在2型糖尿病期间，β细胞衰竭的关键组成部分包括：①细胞特性的丧失，特别是与成熟细胞功能相关的蛋白质（例如胰岛素和转录因子，如MafA、Pdx1和Nkx6.1）；②去分化，通过回归到祖细胞或干细胞样状态。
在发育过程中，α细胞和β细胞从一种常见的内分泌祖细胞中分化出来，其特征是转录因子神经素3的表达，随后，不同转录因子模式的激活导致成熟α和β细胞的分化。β细胞特异性转录因子包括FoxO1、Pdx1、MafA、Pax6和Nkx6.1，其中Pdx1、NeuroD1和MafA对胰岛素基因转录尤为重要。胰高血糖素表达需要α细胞特异性转录因子MafB和Arx1。尽管慢性高血糖症可能导致β细胞表达胰岛祖细胞标记物和表达转录因子的改变，但要确定经历这些改变的β细胞是否完全改变了它们的身份却存在困惑。高血糖导致的β细胞脱颗粒意味着胰岛素染色不能提供对β细胞质量的准确估计，也不能作为提供β细胞身份良好的标志。因为胰岛素和胰高血糖素同时存在于同一个细胞中，这意味着这些细胞可能代表去分化细胞，或者是处于正在向α细胞转变的过渡状态的β细胞；当然，也可以认为，这些细胞基本上仍然是β细胞，但现在也表达胰高血糖素。在这种意义上讲，对于β细胞身份的定义就显得尤为重要，但是暴露于慢性高血糖症后，表达胰高血糖素的β细胞谱系细胞数量可能太少，无法解释糖尿病中发现的高血糖症。
关键问题在于这种双阳性细胞是否会释放它们在低葡萄糖时（像α细胞）或血糖升高时（像正常的β细胞）所含的激素，而细胞则直接通过双激素阳性中间细胞或通过去分化状态转化成另一种细胞。当与糖尿病中β细胞特性丧失的证据相结合时，出现了胰岛细胞相当脆弱的特征，其中代谢损伤损害细胞特性。但存在一个显著的共同特征是胰岛细胞身份的保留：糖尿病中的应激β细胞可能失去β细胞标记并获得α，δ，ghrelin或胃泌素细胞的标记，但它们从不转化为非胰岛细胞，如肝细胞。类似地，来自非β细胞的β细胞的形成似乎主要来自其他胰岛细胞而不是来自更远的谱系。代谢的变化导致了来自β细胞和进入β细胞的双向胰岛细胞身份流，β细胞身份的代谢妥协概念出现了。因此，胰岛内分泌身份似乎是稳健的，而胰岛细胞类型的同一性是脆弱的并且依赖于代谢状态。
不同胰岛细胞类型之间的深度表观遗传相似性可以解释胰岛细胞可塑性，来自和进入β细胞的双向胰岛细胞身份流，以及难以从非胰岛组织产生胰岛细胞的问题。
暴露于慢性高血糖症的β细胞可能具有不成熟β细胞的某些特征，如Ngn3的表达、β细胞转录因子的丢失以及由此导致的胰岛素含量降低。这种去分化是否只是正常β细胞分化途径的逆转尚不清楚。同样未知的是β细胞能去分化多远，以及高血糖如何诱导这个过程。但是在糖尿病中观察到的β细胞特性的丧失，甚至非β细胞特性的获得，在代谢正常化时似乎是可逆的。
不同的胰岛细胞类型在其表达谱和表观遗传构成方面极其相似，胰岛细胞可塑性促进了糖尿病中的β细胞衰竭，但也可能在相反的方向起作用，被用于从其他胰岛细胞类型产生新的β细胞，基于这些问题可能会提出预防或逆转糖尿病β细胞衰竭的新方向。