硝酸盐污染下大菱鲆肠道单细胞转录组解析：细胞异质性与靶向响应机制

针对水产硝酸盐污染导致的鱼类肠道损伤机制不明问题，研究人员通过单细胞转录组测序（scRNA-seq）揭示了大菱鲆（Scophthalmus maximus）肠道16种细胞类型对200 mg/L NO3-N暴露的异质性响应，发现肠上皮细胞（ECs）代谢紊乱、T淋巴细胞（TLCs）免疫激活及伤口愈合型成纤维细胞（WHF）介导的ECM重塑是核心毒性通路，为水生生态系统硝酸盐毒性管理提供新视角。

　　

硝酸盐污染已成为全球水生生态系统面临的严峻挑战。随着农业化肥、工业废水等人类活动加剧，水体硝酸盐浓度从原始环境的0-2 mg/L NO₃-N飙升至300 mg/L以上，导致鱼类缺氧、生长抑制甚至死亡。尽管已有研究关注硝酸盐对鱼类血红蛋白（Hb）的氧化损伤，但肠道作为直接接触污染物的器官，其细胞层面的响应机制仍是一片迷雾。传统转录组技术难以捕捉特定细胞类型的差异反应，而单细胞测序（scRNA-seq）的崛起为破解这一难题提供了利器。

江苏海洋大学的研究团队以经济鱼种大菱鲆为模型，通过scRNA-seq首次绘制了硝酸盐暴露下鱼类肠道的单细胞图谱。研究发现，200 mg/L NO₃-N暴露30天后，肠道16种细胞类型中肠上皮细胞（Enterocytes, ECs）、T淋巴细胞（TLCs）和成纤维细胞（Fibroblasts, FIBs）是核心响应群体：ECs数量减少10%且代谢通路紊乱，TLCs比例上升1.31倍触发免疫应答，而伤口愈合型成纤维细胞（WHF）通过ECM-受体/TNF/TGF-β通路驱动细胞外基质（ECM）重塑。此外，硝酸盐增强了连接黏附分子（JAM）和Ephrin受体（EPHA）介导的细胞间通讯。该成果发表于《Journal of Environmental Sciences》，为水生毒理学研究提供了单细胞精度的新范式。

关键技术方法
研究采用115.6±11.4 g健康大菱鲆，设置对照组和200 mg/L NO₃-N暴露组，通过组织病理学观察肠道损伤后，利用10x Genomics平台进行scRNA-seq，辅以细胞注释（Seurat）、差异表达分析（MAST）和细胞互作预测（CellChat）。

研究结果

1. 组织病理学响应：硝酸盐导致肠绒毛融合、微绒毛缩短58.88%（3.334→1.371 μm），并引发上皮坏死和固有层出血。
2. 细胞异质性解析：鉴定出ECs、杯状细胞、B细胞等16类细胞，其中ECs亚群（EC1-EC3）呈现分化阻滞，糖酵解和氧化磷酸化通路显著抑制。
3. 免疫细胞动态：TLCs中干扰素-γ通路激活，CD4⁺/CD8⁺亚群比例失衡提示免疫稳态破坏。
4. 成纤维细胞功能重塑：WHF高表达胶原基因（COL1A1/COL3A1），通过整合素-ECM通路促进纤维化修复。
5. 细胞通讯网络：硝酸盐增强JAM-A/JAM-C配体-受体对信号，但削弱了ECs与免疫细胞间的MHC-I分子对话。

结论与意义
该研究首次揭示硝酸盐通过三重机制损害鱼类肠道：ECs代谢崩溃、TLCs免疫过激和WHF介导的ECM病理性重构。其中WHF亚群的发现为鱼类肠道纤维化防治提供了新靶点，而JAM/EPHA通路的激活提示细胞黏附修复可能是水生生物应对污染的保守策略。研究成果不仅填补了硝酸盐单细胞毒理学的空白，也为制定水产养殖污染阈值和生态修复措施提供了理论依据。