在哺乳动物向植食性转变过程中，AGT在线粒体与过氧化物酶体定位的趋同进化变化

植食哺乳动物如何重布置一种解毒酶

许多哺乳动物从主要以肉类或昆虫为食转向以叶、果或种子为主的饮食。植物营养丰富，但在化学上更为复杂：它们会产生动物必须安全处理的有毒副产物。本文探讨一种关键的肝脏酶AGT在哺乳动物演化过程中如何被反复重构，使植食动物能够更有效地解毒来自植物食物的化合物。

肝细胞内的交通分配问题

AGT是一种防止草酸盐积累的肝酶；草酸盐会在肾等器官中形成有害的草酸钙结晶。AGT在细胞内的位置至关重要。在食肉哺乳动物中，AGT作用对象的分子——乙醛酸（glyoxylate）主要在线粒体中产生，线粒体是细胞的能量工厂。而在植食性哺乳动物中，乙醛酸主要产生于处理多种解毒任务的小囊室——过氧化物酶体。要使AGT有效工作，它需要位于乙醛酸产生的同一隔室。因此，演化必须解决一个细胞“交通路由”任务：AGT应被送往线粒体、过氧化物酶体，还是两者兼顾？

两个相互竞争的地址标签

AGT携带两种内建的定位标签。蛋白的前端有一段短序列，称为线粒体靶向序列，用以引导其进入线粒体；尾部则有一个三字母代码，称为PTS1，可将其送往过氧化物酶体。既往研究主要关注前端标签，并把过氧化物酶体代码视作备用。通过比较近500种哺乳动物的AGT基因并在数十种细胞中做实验，作者显示这种观念并不完整。植食谱系常常出现受损或截短的线粒体标签，但其PTS1代码保持完整，并且常被升级为高效版本。相反，食肉动物倾向于保留强效的线粒体标签而拥有较弱的过氧化物酶体代码。

与以植物为食相关的趋同变化

在哺乳动物系统发育树上，研究者发现高效的过氧化物酶体代码——特定的三字母末端如SKL、SRL或GKL——在无关的植食动物中反复独立演化。在许多这些物种中，显微镜成像显示AGT在过氧化物酶体中聚集，即便线粒体标签仍然存在。实验性去除PTS1代码后，植食种的过氧化物酶体定向显著下降，而食肉种变化不大。遗传分析还显示，PTS1区域比酶的其余部分经历了更强的适应性进化，表明随着饮食向植物倾斜，自然选择多次对这个小小的地址标签进行精细调整。

不仅仅是标签在变——还有起始位置

AGT还有另一层变化：该基因可以从两个不同的起始点被翻译。较长的转录本包含线粒体标签；较短的则跳过该标签，产生主要依赖过氧化物酶体代码的形式。利用来自172种哺乳动物的RNA数据，团队发现植食动物倾向于产生较短、定位于过氧化物酶体的版本，而食肉动物更常使用较长、导向线粒体的形式。在有表观遗传数据的物种中，植食者在上游起始位点附近显示出较弱的转录活性和较低的DNA可及性，而在下游位点附近则活性较强。这表明基因调控的变化——不仅仅是蛋白序列的改变——也有助于将AGT导向与动物饮食相匹配的细胞隔室。

通向同一解决方案的多条路径

通过结合进化比较、细胞成像和基因表达分析，这项工作揭示了哺乳动物多次以相似的结果但通过不同路径解决了同一代谢挑战——对来自植物食物的乙醛酸进行解毒。植食动物常通过破坏线粒体地址、升级过氧化物酶体代码、转录位点转移以避开线粒体标签，或这些策略的组合，来增强AGT在过氧化物酶体中的存在感。对非专业读者而言，结论是，即便是微小的分子细节——例如蛋白上的三字母标签或基因开启位置的改变——也能被自然选择重塑，从而支持像从捕猎到以植物为食这类重大的生活方式转变。

引用: Huang, C., Wang, B., Yu, J. et al. Convergent evolutionary shifts in AGT targeting between mitochondria and peroxisomes across mammal transitions to herbivory. Nat Commun 17, 2161 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70246-0

关键词: 植食性, 哺乳动物演化, 细胞解毒, 蛋白质定向, 乙醛酸代谢