苯丙酮尿症即PKU是一种比较常见的单基因遗传病，是常染色体隐性遗传，属于遗传代谢病中，氨基酸代谢障碍，因患儿尿中出现大量的苯丙氨酸代谢产物而得名。此病发病率随种族不同而不同，我国的发病率总体约占1/10000-1/1000，北方人群高于南方人群，PKU是由于苯丙氨酸羟化酶PAH的基因突变引起。苯丙氨酸羟化酶基因位于12号染色体的长臂上，基因突变可使肝脏缺乏苯丙氨酸羟化酶活性，导致血液、脑脊液和各种组织液中的苯丙氨酸浓度极度增高，高浓度的苯丙氨酸和其代谢产物导致脑损伤。苯丙氨酸的代谢除了需要苯丙氨酸羟化酶的作用外，还必须有辅酶四氢生物蝶呤的参与即BH4。人体内的BH4来源于三磷酸鸟苷即GTP，GTP的合成过程中，必须经过三磷酸鸟苷环化水解酶GDP-CH、6-丙酮酰四氢生物蝶呤合成酶PTPS和二氢生物蝶呤还原酶DHPR的催化。以上几种酶的编码基因缺陷可造成相关酶的活力缺陷，导致血中的苯丙氨酸升高。BH4缺乏的时候，不仅苯丙氨酸出现代谢障碍，不能氧化成酪氨酸，可造成多巴胺和5-羟色胺等重要的神经递质合成受阻，加重神经系统的功能损害。BH4缺乏症也叫非经典型的苯丙酮尿症，其发生率约占PKU的10%左右，这类孩子除典型的苯丙酮尿症的症状外，其神经系统症状更严重。