苯丙酮尿癥即PKU是一種比較常見的單基因遺傳病，是常染色體隱性遺傳，屬于遺傳代謝病中，氨基酸代謝障礙，因患兒尿中出現大量的苯丙氨酸代謝產物而得名。此病發病率隨種族不同而不同，我國的發病率總體約占1/10000-1/1000，北方人群高于南方人群，PKU是由于苯丙氨酸羥化酶PAH的基因突變引起。苯丙氨酸羥化酶基因位于12號染色體的長臂上，基因突變可使肝臟缺乏苯丙氨酸羥化酶活性，導致血液、腦脊液和各種組織液中的苯丙氨酸濃度極度增高，高濃度的苯丙氨酸和其代謝產物導致腦損傷。苯丙氨酸的代謝除了需要苯丙氨酸羥化酶的作用外，還必須有輔酶四氫生物蝶呤的參與即BH4。人體內的BH4來源于三磷酸鳥苷即GTP，GTP的合成過程中，必須經過三磷酸鳥苷環化水解酶GDP-CH、6-丙酮酰四氫生物蝶呤合成酶PTPS和二氫生物蝶呤還原酶DHPR的催化。以上幾種酶的編碼基因缺陷可造成相關酶的活力缺陷，導致血中的苯丙氨酸升高。BH4缺乏的時候，不僅苯丙氨酸出現代謝障礙，不能氧化成酪氨酸，可造成多巴胺和5-羥色胺等重要的神經遞質合成受阻，加重神經系統的功能損害。BH4缺乏癥也叫非經典型的苯丙酮尿癥，其發生率約占PKU的10%左右，這類孩子除典型的苯丙酮尿癥的癥狀外，其神經系統癥狀更嚴重。