Single-Cell RNA Sequencing Reveals Size-Dependent Effects of Polystyrene Microplastics on Immune and Secretory Cell Populations from Zebrafish Intestines

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作者
Weiqing Gu,Su Liu,Ling Chen,Yuxuan Liu,Cheng Gu,Hongqiang Ren,Bing Wu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:54 (6): 3417-3427 被引量:241
标识
DOI:10.1021/acs.est.9b06386
摘要

Microplastics (MPs) as widespread contamination pose a high risk for aquatic organisms. However, the current understanding of MP toxicity is based on cell population-averaged measurements. Our aim was to gain a comprehensive understanding of the size-dependent effects of polystyrene MPs (PS-MPs) on intestinal cell populations in zebrafish and characterize the interplay of MPs, intestinal cells, and intestinal microbiota. Here, we used single-cell RNA sequencing to determine the transcriptome heterogeneity of 12 000 intestinal cells obtained from zebrafish exposed to 100 nm, 5 μm, and 200 μm PS-MPs for 21 days. Eight intestinal cell populations were identified. Combined with changes in intestinal microbiota, our findings highlight a previously unrecognized end point that all three sizes of PS-MPs induced dysfunction of intestinal immune cells (including effects on phagosomes and the regulation of immune system processes) and increased the abundance of pathogenic bacteria. However, only 100 nm PS-MPs altered the expression of genes related to phagocyte-produced reactive oxygen species (ROS) generation and increased mucus secretion by secretory cells. Microsize PS-MPs specifically changed the lysosome (5 μm) and cell surface receptor signaling (200 μm) processes of the macrophages. Our findings pinpoint to cell-specific and size-dependent responses to PS-MPs in fish intestine, which can provide a reference for future study directions.
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