苯丙氨酸主要代谢图PKU是由于患儿肝脏缺乏苯丙氨酸羟化酶活性，不能将苯丙氨酸转化为酪氨酸，导致苯丙氨酸在血液、脑脊液、各种组织中的浓度极度增高，通过旁路代谢产生大量苯丙酮酸、苯乙酸、苯乳酸和对羟基苯乙酸。高浓度的Phe及其代谢产物能导致脑组织损伤。

人类苯丙氨酸羟化酶基因位于第12号染色体上（12q22～12q24），基因全长约90kb，有13个外显子和12个内含子，成熟的mRNA约2.4kb，编码451个氨基酸。通过对PKU患者进行基因分析，在中国人群中已发现了70种以上基因突变。

苯丙氨酸的代谢，除了需要有苯丙氨酸羟化酶的作用外，还必须要有辅酶四氢生物蝶呤（tetrabiopterin，BH4）参与，人体内的BH4来源于三磷酸鸟苷（GTP），在其合成和再生途径中必须经过三磷酸鸟苷环化水解酶（GTP-CH）、6-丙酮酰四氢蝶呤合成酶（PTPS）和二氢生物蝶啶还原酶（DHPR）的催化。PAH、GTPCH、PTPS、DHPR等酶的编码基因缺陷都有可造成相关酶的活力缺陷，导致血苯丙氨酸升高。BH4是苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸等芳香氨基酸在催化过程中所必需的共同的辅酶，缺乏时不仅苯丙氨酸不能氧化成酪氨酸，而且造成多巴胺、5-羟色胺等重要神经递质的合成受阻，加重了神经系统的功能损害。

根据统计，在新生儿筛查中发现的高苯丙氨酸血症，大多数为PKU，约10%～15%为BH4缺乏症，国内目前发现全部是PTPS缺乏类型。

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