单细胞转录组解析蝙蝠翼发育的独特机制：揭示PDGFD+间充质祖细胞在飞行器官形成中的作用

本研究通过单细胞RNA测序技术（scRNA-seq）揭示了蝙蝠前肢发育过程中独特的细胞和分子机制。研究人员发现蝙蝠前肢中存在特异性PDGFD+间充质祖细胞群（PDMPs），其通过激活Notch信号通路和抑制WNT/β-catenin通路，促进软骨形成延迟和骨化延缓，从而支撑蝙蝠翼膜扩张和指骨伸长。该研究为哺乳动物肢体进化提供了重要理论依据，发表于《Nature Communications》。

　　

蝙蝠作为唯一具有自主飞行能力的哺乳动物，其翼膜结构是进化史上的奇迹。这种独特的飞行器官由延长的指骨和翼膜构成，但长期以来，科学家们对其发育的细胞和分子机制知之甚少。传统研究主要依赖组织学比较和小鼠模型，难以解释蝙蝠前肢发育中指骨伸长与翼膜扩张的协同调控机制。尤其令人困惑的是：为何蝙蝠能突破哺乳动物肢体发育的保守模式？哪些关键细胞群体和信号通路参与了这一特殊形态的构建？

中国科学院昆明动物研究所的研究团队通过单细胞转录组测序技术（scRNA-seq），对中华菊头蝠（Rhinolophus sinicus）发育过程中的前肢和后肢进行了系统分析。研究团队采集了Carnegie stages（CS）16、18和20三个关键发育阶段的样本，采用SPLiT-seq方法构建了包含39,000个细胞的单细胞图谱，并通过10x Genomics平台进行了验证。主要技术方法包括：单细胞转录组测序（含跨物种小鼠前肢数据对比）、假时间轨迹分析、细胞通讯网络建模、全胚胎原位杂交以及体外功能实验（Transwell共培养体系）。

关键发育阶段的异时性特征
通过骨骼染色和形态测量发现，蝙蝠前肢的III-V指骨从CS18开始显著伸长，而翼膜从CS16持续保留并随指骨伸长同步扩张。与小鼠相比，蝙蝠前肢发育表现出明显的软骨形成延长和骨化延迟特征。

单细胞图谱揭示特异性细胞群体
研究鉴定出16个细胞群体，包括6个间充质祖细胞亚群。其中PDGFD⁺间充质祖细胞（PDMPs）和MEIS2⁺间充质祖细胞（MMPs）在蝙蝠前肢特异性富集，分别占细胞总数的11.5%和7.2%，而在后肢和小鼠前肢中几乎不存在。

延长的软骨形成与延迟的骨化
假时间轨迹分析显示，EBF2⁺间充质祖细胞（EMPs）分化为软骨细胞的过程在蝙蝠前肢加速，而向成骨细胞的分化则明显延迟。免疫荧光证实前肢软骨细胞增殖标志物COL2A1⁺/EdU⁺细胞比例显著高于后肢（P=0.0024）。

PDMPs的双重功能机制
原位杂交显示PDGFD和MEIS2特异性表达于III-V指骨间的翼膜区域。细胞通讯分析发现PDMPs通过PDGF信号通路（PDGFC-PDGFRA）促进软骨前体细胞（CPs）和成骨前体细胞（OPs）增殖，同时分泌PTN（多效生长因子）增强骨相关细胞的增殖能力。体外实验证实PDGFC和PDGFD可使蝙蝠前肢细胞增殖率提升2-3倍（P<0.01）。

基因调控网络特征
SCENIC分析发现NR3C1等13个转录因子特异性调控PDMPs的基因表达。批量RNA-seq显示蝙蝠前肢中Notch信号通路激活而WNT/β-catenin通路抑制，这种独特的信号组合可能共同维持了前肢的幼态持续特征。

该研究首次在单细胞分辨率上揭示了蝙蝠翼发育的细胞演化机制，发现PDGFD⁺间充质祖细胞作为"发育协调者"，既参与翼膜形成又通过旁分泌促进指骨伸长。这一发现不仅解释了蝙蝠飞行器官的发育奥秘，也为理解哺乳动物肢体形态多样性提供了新的理论框架。特别值得注意的是，研究中发现的PDGF-PTN信号轴可能成为未来再生医学中协调组织生长与形态建成的潜在靶点。