《Journal of Inherited Metabolic Disease》：Age-Dependent Variation in Blood Biopterin Peaks Following Oral Tetrahydrobiopterin Administration in Phenylketonuria
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本综述聚焦于四氢生物蝶呤(BH4)在苯丙酮尿症(PKU)治疗中生物利用度的年龄依赖性变化及其对BH4负荷试验结果的影响。通过回顾性分析255例日本PKU患者的24小时及1周BH4负荷试验数据，研究发现新生儿期BH4生物利用度最高，随后迅速下降，而在学龄期至青春期又逐步回升。研究揭示，BH4峰浓度与血苯丙氨酸(Phe)下降率呈正相关，而基线Phe水平过高则会抑制BH4峰浓度。这些发现提示，在婴幼儿（1个月-5岁）或基线Phe水平高的患者中进行负荷试验，可能因生物蝶呤峰值被抑制而导致假阴性结果。因此，在必要时需重新评估BH4反应性并进行年龄适配的剂量调整。
引言
苯丙酮尿症(OMIM #261600)是一种由苯丙氨酸羟化酶基因(PAH)致病性变异引起的常染色体隐性遗传代谢病。若不治疗，血苯丙氨酸水平升高会导致神经发育迟缓、癫痫和行为障碍。标准治疗是饮食管理结合苯丙氨酸限制，但一部分患者可经口服四氢生物蝶呤治疗，这类患者被称为BH4反应性PKU。准确诊断BH4反应性PKU对改善患者生活质量至关重要，而BH4负荷试验是评估反应性的常用方法。然而，BH4的生物利用度存在显著的个体间和个体内差异，受年龄、体重、饮食和给药时间等多种因素影响。本研究基于BH4生物利用度随年龄变化的假设，利用日本大阪公立大学医学研究生院2008年至2023年间255例PKU患者的24小时和1周BH4负荷试验数据，分析了年龄、血生物蝶呤峰值与苯丙氨酸下降率之间的关系。
方法
研究纳入了255例日本PKU患者，其中170例接受了24小时BH4负荷试验（单次口服10 mg/kg），117例接受了1周BH4负荷试验（每日口服20 mg/kg，连续7天），有32例患者同时接受了两项测试。在24小时试验中，于给药前及给药后4、8、24小时采集血样，测量血浆苯丙氨酸、总新蝶呤和总生物蝶呤浓度。“峰值总生物蝶呤浓度”定义为给药后三个时间点（4、8、24小时）测得的最大值。在1周试验中，于首次给药前、第4天和第7天采集血样，将第4天或第7天测得的总生物蝶呤较高值指定为该试验的“峰值总生物蝶呤浓度”。通过高效液相色谱法测量总生物蝶呤浓度。采用具有限制性立方样条的普通最小二乘回归进行关联性建模，并根据年龄对试验结果进行分层分析。
结果
患者特征
在24小时负荷试验的170例患者中，66.9%年龄小于1个月，中位年龄为22天。基线苯丙氨酸浓度在1月龄前测试的患者中较高，而在30-59天的患者中较低。基线生物蝶呤水平的变化趋势与苯丙氨酸相似。在1周负荷试验的117例患者中，年龄范围从5个月至51岁，中位年龄为14.77岁。基线苯丙氨酸浓度在1-5岁年龄组最低。
24小时试验中生物蝶呤峰值与年龄的关系
在24小时单次负荷试验中，口服BH4后，峰值总生物蝶呤浓度在新生儿早期最高，并随日龄增加而显著下降。年龄分层分析显示，在小于30天的患者中，日龄与生物蝶呤峰值呈负相关；而在大于等于30天的患者中，未观察到实质性关联。这表明生物蝶呤峰值在新生儿期随日龄增加而下降，此后则基本保持平稳。4 loading test. Predictions (95% CI) from an ordinary least-squares model of peak total biopterin with age (days), modeled by restricted cubic splines (3 knots) and adjusted for sex, baseline phenylalanine, baseline total neopterin, and baseline total biopterin. p-values were obtained from two-sided partial F-tests (ANOVA/Wald) for the overall age effect.">
1周试验中生物蝶呤峰值与年龄的关系
在持续1周的BH4负荷试验中，生物蝶呤峰值水平随年龄增长而显著增加。年龄分层分析表明，在6-19岁的学龄期至青春期受试者中，年龄与生物蝶呤峰值呈正相关；而在小于6岁的儿童和大于等于20岁的成人中，未观察到明显的年龄趋势。这提示BH4生物利用度在学龄期至青春期呈现上升趋势。4 loading test. Predictions (95% CI) from an ordinary least-squares model of log (peak total biopterin) with age, modeled by restricted cubic splines (3 knots) and adjusted for sex, baseline phenylalanine, and baseline total neopterin/biopterin. p-values were obtained from two-sided partial F-tests (ANOVA/Wald) for the overall age effect.">
BH4反应性与生物蝶呤峰值的关系
在24小时负荷试验中，经年龄、性别、基线苯丙氨酸、新蝶呤和生物蝶呤值校正后的非线性回归分析显示，峰值总生物蝶呤水平与苯丙氨酸下降率之间存在显著的正相关关系。这表明，在BH4负荷试验期间，如果血生物蝶呤浓度能充分升高，则倾向于出现良好的苯丙氨酸水平下降。4 loading test. The Phe reduction rate was calculated as the percentage decrease from baseline to the minimum Phe level observed during the 24-h test. Predictions (95% CI) from an ordinary least-squares model of Phe reduction rate with peak total biopterin, modeled by restricted cubic splines (3 knots) and adjusted for age (days), sex, baseline total neopterin, and baseline total biopterin. p-values were obtained from two-sided partial F-tests (ANOVA/Wald) for the overall effect of peak total biopterin.">
生物蝶呤值与基线苯丙氨酸值的关系
在24小时负荷试验中，较高的基线苯丙氨酸浓度与较高的基线生物蝶呤水平相关，因为高苯丙氨酸会刺激GTP环化水解酶I的活性。然而，有趣的是，更高的基线苯丙氨酸水平却与更低的BH4给药后生物蝶呤峰值相关。这表明，高苯丙氨酸血症本身可能通过诱导氧化应激加速BH4降解，或通过特定基因型导致PAH蛋白错误折叠并“捕获”BH4，从而损害BH4的药代动力学或代谢。4 loading test. (A) Relationship between baseline total biopterin and baseline Phe. Predictions (95% CI) from an ordinary least-squares model of baseline total biopterin with baseline Phe, modeled by restricted cubic splines (3 knots). (B) Relationship between biopterin peak value and baseline Phe. Predictions (95% CI) from an ordinary least-squares model of peak total biopterin with baseline Phe, modeled by restricted cubic splines (3 knots) and adjusted for age (days), sex, baseline total neopterin, and baseline total biopterin. p-values shown in the panels were obtained from two-sided partial F-tests (ANOVA/Wald) for the overall effect of baseline Phe.">
讨论
本研究首次在包含大量新生儿的人群中报告了口服BH4后血生物蝶呤峰值的年龄依赖性变化。在24小时试验中，新生儿期极高的生物利用度可能源于肠道黏膜屏障功能不成熟和肾脏清除率较低。在1周试验中，学龄期至青春期生物蝶呤峰值的增加可能与体重快速增长相关的药代动力学特征有关，而成人期无显著趋势可能与伴随年龄增长的共病（如肥胖、高血压）导致的氧化应激加剧，进而加速BH4不可逆降解有关。
生物蝶呤峰值与苯丙氨酸下降率之间的正相关性，凸显了“PAH活性图谱”概念的重要性。某些PAH变异体（如p.Glu390Gly）需要高苯丙氨酸和充足的BH4浓度才能展现酶活性。如果BH4生物利用度不足（如在婴幼儿中）或在苯丙氨酸水平相对较低时进行测试，可能会低估这些“条件性”反应者的治疗潜力。
此外，基线苯丙氨酸水平对生物蝶呤峰值的影响提示了两种机制：一是苯丙氨酸诱导的氧化应激加速了BH4的分解；二是某些与高苯丙氨酸水平相关的基因型，其突变PAH蛋白可能具有更高的BH4亲和力，导致口服的BH4被组织摄取并结合，循环中BH4水平的增加小于预期。
局限性
本研究存在一些局限性。不同年龄组的基线苯丙氨酸和生物蝶呤水平存在显著差异，可能影响结果。在1周试验中，采血时间相对于BH4给药未标准化，而生物蝶呤水平存在昼夜波动，这可能引入了与年龄无关的变异性。尽管如此，本研究样本量相对较大，并在较宽的年龄范围内证明了具有统计学意义的年龄相关差异。
结论
本研究表明，口服BH4后，在24小时试验中，总生物蝶呤峰值在新生儿早期最高，随后迅速下降；而在1周试验中，峰值在学龄期至青春期（6-19岁）增加，在成人（≥20岁）中无明显年龄趋势。在24小时试验中，总生物蝶呤峰值与苯丙氨酸下降率呈正相关，而高基线苯丙氨酸水平则导致BH4给药后生物蝶呤峰值较低。因此，在生物蝶呤峰值往往较低的婴幼儿（1个月-5岁）或基线苯丙氨酸水平高的患者中进行BH4负荷试验，可能导致生物蝶呤峰值升高不足，从而增加BH4反应性假阴性评估的风险。在此类情况下，应考虑重新评估BH4反应性或根据年龄调整剂量。
