Abstract
Die Ableitung eines quantitativen Modells des Phenylalanin-Stoffwechsels beim Menschen wird beschrieben. Das Modell basiert auf den kinetischen Eigenschaften reiner rekombinanter menschlicher Phenylalanin-Hydroxylase und auf Schätzungen der In-vivo-Raten der Phenylalanin-Transaminierung und des Proteinabbaus. Die berechneten Werte für die Steady-State-Konzentration von Phenylalanin im Blut, die Ausscheidungsrate von Phenylalanin aus dem Blut nach einer oralen Zufuhr der Aminosäure und die diätetische Toleranz von Phenylalanin stimmen gut mit den Daten von normalen und von phenylketonurischen Patienten sowie von obligaten Heterozygoten überein. Diese berechneten Werte können bei der Entscheidung über den Grad der Einschränkung der Phenylalaninzufuhr helfen, der notwendig ist, um ein zufriedenstellendes klinisches Ergebnis bei klassischen Patienten und bei Patienten mit milderen Formen der Krankheit zu erreichen.
Der erste und geschwindigkeitsbegrenzende Schritt beim vollständigen Abbau von Phenylalanin zu CO2 und Wasser ist seine Hydroxylierung zu Tyrosin, eine Reaktion, die durch das Phenylalanin-Hydroxylierungssystem katalysiert wird. Das System ist komplex und besteht aus der Phenylalanin-Hydroxylase (PAH), dem Pterin-Coenzym Tetrahydrobiopterin (BH4) und mehreren Enzymen, die der Regeneration von BH4 dienen, d. h., Dihydropteridin-Reduktase und Pterin-4α-Carbinolamin-Dehydratase (1, 2).
Obwohl der Benzolring von Phenylalanin nicht gespalten werden kann, ohne zuvor in para-Position hydroxyliert zu werden, kann die Alanin-Seitenkette der Aminosäure auch ohne den Schritt der Ring-Hydroxylierung metabolisiert werden. Dieser alternative Weg wird durch die Transaminierung von Phenylalanin zu Phenylpyruvat eingeleitet, gefolgt von der Umwandlung der letzteren Verbindung in Metaboliten wie Phenyllactat, Phenylacetat und o-Hydroxyphenylacetat. Die Produkte des Transaminasewegs werden mit dem Urin ausgeschieden. Die Schritte dieser alternativen Wege des Phenylalanin-Stoffwechsels sind in Abb. 1 skizziert.
Einleitend sollte angemerkt werden, dass ein früherer Versuch, eine solche Analyse durchzuführen, durch das Fehlen von Daten über die kinetischen Eigenschaften der menschlichen PAH und der menschlichen Phenylalanin-Transaminase behindert wurde. Für das letztgenannte Enzym war nicht einmal die Identität des Enzyms, das für diese Aktivität in vivo verantwortlich ist, mit Sicherheit bekannt. Da in vitro nachgewiesen wurde, dass Phenylalanin ein ausgezeichnetes Substrat für die mitochondriale Aspartat-Aminotransferase ist, wurde angenommen, dass es sich um diese Transaminase handelt. Da die Eigenschaften des menschlichen Gegenstücks nicht bekannt waren, wurden die kinetischen Eigenschaften des entsprechenden Rattenenzyms verwendet (12). Die Art und Weise, wie das Problem der menschlichen Transaminase in der vorliegenden Analyse gehandhabt wurde, wird weiter unten erörtert.
Die kinetischen Eigenschaften von rekombinanter menschlicher PAH sind jetzt verfügbar (16, 17). Die Kinetik der PAH wird durch die Tatsache erschwert, dass Phenylalanin nicht nur als Substrat für das Enzym, sondern auch als Aktivator dient (siehe Ref. 1 und Verweise darin). Da eine frühere Analyse des kinetischen Verhaltens von PAH auf der Grundlage eines Zwei-Seiten-Modells mit geordneter Bindung von Phenylalanin sowohl an einer katalytischen als auch an einer regulatorischen Seite viele besondere Aspekte des kinetischen Verhaltens des Enzyms angemessen erklären konnte (18), wurde für die vorliegende Analyse ein ähnliches Zwei-Seiten-Modell mit geordneter Bindung verwendet. Die tatsächlich verwendete Geschwindigkeitsgleichung (19) ist in Gl. 2 dargestellt, wobei Km die Phenylalaninkonzentration ist, die die halbmaximale Geschwindigkeit ergibt, und Ka die Phenylalaninkonzentration ist, die die halbmaximale Aktivierung in einem Experiment ergibt, in dem PAH mit unterschiedlichen Phenylalaninkonzentrationen vorinkubiert wurde. Für die vorliegende Analyse wurden die folgenden kinetischen Konstanten verwendet, die mit reiner rekombinanter menschlicher PAH bei 37°C mit BH4 als Coenzym bestimmt wurden: Km für Phenylalanin, 0,51 mM, und Ka für Phenylalanin als Aktivator, 0,54 mM (D. Kowlessur und S.K., unveröffentlichte Daten). Ein Näherungswert für Vmax für menschliche PAH (16) (wahrscheinlich eine Unterschätzung) wurde aus der anfänglichen Abnahmerate des Serum-Phenylalaninspiegels (0,9 μmol/ml pro h) bei Kontrollpersonen berechnet, nachdem diese eine orale Ladung von l-Phenylalanin erhalten hatten, die ausreichte, um ihren Serum-Phenylalaninspiegel um das ≈17-fache zu erhöhen (20). 
2 Wie bereits erwähnt, wurde das frühere Problem der Identität des Enzyms, das beim Menschen für die Phenylalanin-Transaminierung verantwortlich ist, bei der vorliegenden Analyse umgangen. Es wurde angenommen, dass der Hauptweg für die Nettoverwertung von Phenylalanin bei klassischen PKU-Patienten über die Transaminierung führt. Wie bereits erwähnt, beträgt die Ausscheidung von Phenylalanin mit dem Urin nur ≈11 % der transaminierten Menge, und bis zum Ende des ersten Lebensjahres kann davon ausgegangen werden, dass die über den Einbau in Proteine entsorgte Phenylalaninmenge nur ≈25 % der über Transaminierung entsorgten Menge beträgt. Es ist anzumerken, dass bei der vorliegenden Methode zur Schätzung der Phenylalanin-Transaminase-Rate, die auf der Rate der Phenylalanin-Clearance aus dem Blut basiert, geringfügige Reaktionen zur Beseitigung von Phenylalanin, wie z. B. seine Ausscheidung über den Urin und sein Einbau in Proteine, in die Schätzung der Transaminase-Aktivität einbezogen werden, was zu einer leichten Überschätzung dieser Aktivität führt.
Um für die vorliegende Analyse nützlich zu sein, werden Werte für Km und Vmax der Transaminase benötigt. Es wurde versucht, einen Km-Wert für die Phenylalanin-Transaminierung aus den Ergebnissen von Phenylalanin-Belastungstests zu extrahieren, die an klassischen PKU-Patienten durchgeführt wurden (21). Der Ansatz, der zur Schätzung eines Wertes für Vmax für das menschliche Transaminationsenzym gewählt wurde, war die Verwendung von Daten über die Summe aller aus der Transamination stammenden Metaboliten (d. h. Phenylpyruvat, Phenyllactat und o-Hydroxyphenylacetat), die von einer Gruppe klassischer PKU-Patienten in Abhängigkeit von ihren Plasmaphenylalaninwerten ausgeschieden wurden. Die maximale Ausscheidungsmenge, ausgedrückt als mmol/mol Kreatinin, betrug 1.370, ein Wert, der bei Plasmaphenylalaninwerten zwischen 1.200 und 2.400 μmol/Liter ein Plateau zu erreichen schien (22).
Versuche, diesen Wert in eine Transaminationsrate umzuwandeln, werden durch die große Altersspanne von ≈2 Jahren bis ≈18 Jahren in der in der Studie verwendeten Patientenstichprobe erschwert. Für die vorliegende Analyse wurde angenommen, dass das durchschnittliche Körpergewicht der Patienten 50 kg betrug und die tägliche Kreatininausscheidung 2 g/24 h betrug (23). Ferner wurde angenommen, dass die Ausscheidung von Transaminase-abgeleiteten Metaboliten während des 24-Stunden-Zeitraums mit einer linearen Rate erfolgt und die Geschwindigkeit der Bildung dieser Metaboliten widerspiegelt. Außerdem wurde angenommen, dass sich diese Verbindungen mit allen Körperflüssigkeitskompartimenten außer dem dichten Knorpelbindegewebe und den Knochen, die zusammen 15 % des gesamten Körperwassers ausmachen, im Gleichgewicht befinden (24), was ein Verteilungsvolumen des zugänglichen Wassers von 500 ml/kg Körpergewicht ergibt. Auf der Grundlage dieser Annahmen wurde die maximale Transaminationsrate auf 0,043 μmol/ml pro h berechnet.
Ein weiteres Produkt des Phenylalaninstoffwechsels, das zumindest teilweise aus Phenylpyruvat gewonnen wird und in der Studie von Langenbeck et al. (22) nicht gemessen wurde, ist Phenylacetylglutamin (PAG). Es gibt Hinweise darauf, dass PAG aus Phenylacetat gebildet werden kann, das durch oxidative Decarboxylierung aus Phenylpyruvat gewonnen wird (25). Es wurde auch vorgeschlagen, dass Phenylacetat und damit PAG aus Phenylalanin auf einem Weg gebildet werden kann, der keine Transaminierung beinhaltet, sondern eine Decarboxylierung zu Phenylethylamin und eine anschließende Oxidation des Amins zu Phenylacetat (26). Die Feststellung, dass die Menge an Phenylethylamin, die bei PKU-Patienten ausgeschieden wird, selbst dann gering ist, wenn die Oxidation des Amins durch die Verabreichung eines Aminoxidase-Hemmers blockiert wurde (27), deutet jedoch darauf hin, dass die Decarboxylierung von Phenylalanin, wie bereits erörtert (12), ein quantitativ unbedeutender Weg für den Phenylalanin-Stoffwechsel wie auch für die PAG-Bildung ist.
Die Menge an PAG, die von normalen Personen ausgeschieden wird, beträgt 250-500 mg/Tag; PKU-Patienten scheiden die doppelte Menge aus (28). Für die Berechnung der über den Transaminaseweg gebildeten PAG-Menge wurde die konservative Annahme getroffen, dass nur die von den Patienten ausgeschiedene „zusätzliche“ Menge aus Phenylpyruvat stammt. Nimmt man die durchschnittlich zusätzlich ausgeschiedene PAG-Menge von 350 mg/Tag an und trifft dieselben Annahmen wie oben, so ergibt sich daraus eine PAG-Bildungsrate von 0,020 μmol/ml pro Stunde, so dass sich die Bildungsrate aller transaminierten Produkte auf 0,063 μmol/ml pro Stunde beläuft.
Bei Verwendung dieses Wertes für Vmax wurde anhand der Ergebnisse des Phenylalanin-Belastungstests, der an klassischen PKU-Patienten (21) durchgeführt wurde, ein Wert von 1.37 ± 0,14 mM (Mittelwert ± SD, n = 3) für den Km der Phenylalanin-Transaminase zu berechnen.
Da in der vorliegenden Analyse die PAH- und Transaminase-Aktivitäten als Funktion der Phenylalanin-Blutspiegel berechnet werden, ist es wichtig, dass diese Spiegel die Gewebespiegel der Aminosäure widerspiegeln. In diesem Zusammenhang wurde berichtet, dass die Phenylalaninwerte im Lebergewebe eines PKU-Patienten (29) sowie im Leber- und Nierengewebe von hyperphenylalanämischen Ratten (30) mit den entsprechenden Werten im Blut vergleichbar sind.
Der dritte Term in Gleichung 2, die Rate des Netto-Proteinabbaus, wurde anhand der Daten von Waterlow und Jackson (31) geschätzt, die zeigen, dass im nüchternen Zustand, dem Zustand, in dem der Phenylalanin-Belastungstest durchgeführt wird, der Netto-Proteinabbau (d. h., die Menge des abgebauten Proteins abzüglich der synthetisierten Menge) 0,30 g/kg Körpergewicht pro 12 Stunden beträgt. Da die Skelettmuskulatur ≈40 % der Körpermasse ausmacht (24) und der Proteinkatabolismus in diesem Gewebe eine wichtige Rolle bei der Lieferung von Aminosäuren an die Peripherie spielt, wurde der Proteinabbau in der Skelettmuskulatur als das vorherrschende Ereignis beim Proteinabbau während des Fastens angenommen.
Der menschliche Skelettmuskel enthält ≈46 μmol Phenylalanin/g Gewebe (32). Ausgehend von diesem Wert und der Feststellung, dass der Muskel eines erwachsenen Menschen 19,8 % Protein enthält (33), kann geschätzt werden, dass der Muskel 232 μmol Phenylalanin/g Muskelprotein enthält. Wenn dieser Wert als repräsentativ für die Proteinspeicher des Körpers angesehen wird, würde dies bedeuten, dass ≈70 μmol Phenylalanin/kg Körpergewicht pro 12 Stunden während der Fastenzeit freigesetzt werden würden. Unter Zugrundelegung derselben Annahmen, wie sie oben bei der Schätzung der Phenylalanin-Transaminationsrate gemacht wurden, würde der letzte Wert zu einer stündlichen Rate des Netto-Proteinabbaus (und der Freisetzung von Phenylalanin aus diesem Prozess) von 0,012 μmol/ml pro Stunde führen. Da das Substrat für diese Reaktion, nämlich die körpereigenen Eiweißspeicher, während einer kurzen Fastenperiode wahrscheinlich relativ konstant bleiben würde, wurde angenommen, dass der Proteinabbau einer Kinetik nullter Ordnung folgt.
Substituiert man die geschätzten Werte für die kinetischen Konstanten für die drei in Gl. 1 dargestellten Reaktionen, so erhält man Gl. 3: 
3
ERGEBNISSE UND DISKUSSION
Die allgemeine Gültigkeit von Gl. 3 kann auf verschiedene Weise beurteilt werden. Erstens wurde unter Verwendung des Ausdrucks für die Geschwindigkeit der PAK-katalysierten Reaktion, einschließlich der in der Gleichung angegebenen kinetischen Konstanten, die Grundgeschwindigkeit der Hydroxylierungsreaktion auf 0,010 μmol/ml pro h berechnet. Dieser Wert stimmt gut mit den folgenden berichteten Werten für normale Probanden auf der Grundlage von Experimenten überein, bei denen Probanden L-Phenylalanin infundiert wurde: 0,013 μmol/ml pro h; 0,008 μmol/ml pro h (34); 0,012 μmol/ml pro h (5); 0,010 μmol/ml pro h (6). In der letzten Studie wurde ein Wert von 0,020 μmol/ml pro h ermittelt, als die Probanden mit L-Phenylalanin infundiert wurden (6). Die zitierten In-vivo-Raten für die Umwandlung von Phenylalanin in Tyrosin wurden alle in μmol/h pro kg angegeben. Sie wurden auf der Grundlage der gleichen Annahmen wie zuvor in μmol/ml pro h umgerechnet, d. h. dass die Volumenverteilung von Metaboliten wie Phenylalanin 500 ml/kg Körpergewicht beträgt. Diese Ergebnisse zeigen, dass die berechnete Rate der Phenylalanin-Hydroxylierung gut mit den experimentell ermittelten Raten übereinstimmt.
Ein weiterer Test für die Gültigkeit des Modells ist die Berechnung des Steady-State-Blutphenylalaninspiegels sowohl für Kontrollpersonen als auch für PKU-Heterozygote, bei denen 50 % der normalen PAH-Aktivität angenommen wird, sowie die t1/2 für die Clearance einer Phenylalaninladung (d. h., die Zeit, die benötigt wird, um die anfängliche Phenylalaninkonzentration auf die Hälfte ihres ursprünglichen Wertes zu reduzieren) aus dem Blut für diese beiden Gruppen. Der aus Gleichung 3 berechnete Steady-State-Phenylalaninspiegel für die Kontrollen (indem der Term „-dPhe/dt“ gleich Null gesetzt und die Phenylalaninkonzentration berechnet wird) beträgt 0,059 mM und derjenige für die Probanden mit 50 % PAH-Restaktivität 0,079 mM, also das 1,34-fache des Kontrollwertes. Obwohl der Wert von 0,059 mM für normale Probanden gut mit dem akzeptierten Wert von 0,058 ± 0,015 mM (Mittelwert und SD) (35) übereinstimmt, scheint der Wert von 0,079 mM für Heterozygote, bei denen man davon ausgehen kann, dass sie 50% des normalen PAH-Spiegels haben, zu niedrig zu sein. Das Verhältnis der Phenylalaninwerte im Blut von Kontrollpersonen und obligaten PKU-Heterozygoten liegt Berichten zufolge im Bereich von 1,57-1,61 (36-38) und nicht bei dem vom Modell vorhergesagten Verhältnis von 1,34.
Dieser berechnete Wert lässt die Möglichkeit aufkommen, dass PKU-Heterozygote weniger als 50 % der Kontroll-PAK-Aktivität aufweisen. Setzt man einen Wert von 40 % der Kontroll-PAK-Aktivität für Heterozygoten in Gleichung 3 ein, so ergibt sich eine stationäre Phenylalaninkonzentration von 0,093 mM; bei Verwendung dieses Wertes und des Wertes von 0,058 mM für die Kontrollen ergibt sich ein Verhältnis von 1,60, was nahe an dem für Heterozygoten und Kontrollen berichteten Bereich liegt (siehe oben). In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Restaktivität von PAK in Leberbiopsieproben von sechs HPA-obligaten Heterozygoten zwischen 5,8 und 31 % der Kontrollwerte lag (39). Diese Ergebnisse lieferten den ersten Hinweis darauf, dass HPA-Heterozygote deutlich weniger als 50 % der Kontrollaktivität aufweisen. Zwei spätere größere Studien mit Eltern von PKU-Patienten stimmten mit diesen früheren Ergebnissen überein: eine Studie berichtete über einen Mittelwert von 29,3 % der Kontrollwerte (n = 9) (40) und eine andere über einen Mittelwert von 28,1 % (n = 8) (41).
Das Modell sagt auch t1/2-Werte für die Clearance von Phenylalanin aus dem Blut sowohl für Normale als auch für Heterozygote voraus, die mit den tatsächlichen klinischen Ergebnissen übereinstimmen. Für Normale ergibt sich ein Wert von 65 min, der unter dem berichteten Mittelwert von 89 min liegt, aber gut innerhalb des Bereichs von 60-120 min (10). Für Heterozygote mit 50 und 40 % Restaktivität der PAH betragen die aus Gl. 3 berechneten t1/2-Werte 144 bzw. 180 min, verglichen mit einem berichteten Mittelwert von 159 min.
Es wurde bereits auf einen Bericht über zwei HPA-Patienten hingewiesen, deren Unfähigkeit, Phenylalanin zu verstoffwechseln, auf einen Mangel an Transaminase zurückzuführen zu sein schien (11), und auf die Beweise, die gegen diese Schlussfolgerung sprechen (12). Das vorliegende Modell liefert einen weiteren Grund, diese Behauptung mit Skepsis zu betrachten. Abb. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf des Verschwindens von 1 mM Phenylalanin aus dem Plasma eines Kontrollprobanden (Kurve A) sowie eines Probanden, dem die Transaminase fehlt, der aber normale PAK-Spiegel aufweist (Kurve B). Wie man sieht, sind die beiden Raten fast identisch, was es äußerst unwahrscheinlich macht, dass eine ausgeprägte HPA durch einen Mangel an Transaminase verursacht werden kann. Der Grund für die annähernde Übereinstimmung der beiden Raten liegt darin, dass die Geschwindigkeit des Verschwindens von Phenylalanin bei völliger Abwesenheit von PAK (Kurve D) sehr gering ist; die anfängliche Geschwindigkeit beträgt nur 2,6 % derjenigen einer Kontrolle mit normalen PAK-Werten. Abb. 2 (Kurve C) zeigt auch die Abbaugeschwindigkeit von Phenylalanin bei einem Individuum mit 40 % des normalen PAK-Spiegels, einem Defizit an PAK-Aktivität, das, wie oben diskutiert, den Durchschnitt für PKU-Heterozygote darstellen könnte.
Berechnete Ausscheidungsraten einer Ladung Phenylalanin für Kontrollen und für Personen mit verschiedenen Genotypen. A, Kontrollen; B, Proband mit Null-Transaminase-Aktivität; C, Proband mit 40 % der Kontroll-PAK-Aktivität; D, Proband mit 0 % der Kontroll-PAK-Aktivität.
In jüngster Zeit wurden PKU-Patienten anhand ihrer ernährungsbedingten Phenylalanintoleranz in Phänotypkategorien eingeteilt. Patienten mit klassischer PKU vertragen weniger als 20 mg/kg Phenylalanin pro Tag, um ihren Phenylalaninspiegel im Blut auf dem akzeptierten Wert von 0,3 mM zu halten, Patienten mit „moderater PKU“ vertragen 20-25 mg/kg pro Tag, und Patienten mit „milder PKU“ vertragen 25-50 mg/kg pro Tag (42).
Um zu sehen, ob diese Phenylalanin-Toleranzwerte mit den Vorhersagen von Gleichung 3 übereinstimmen, wurde angenommen, dass die Aufnahme der zulässigen Phenylalaninmenge gleichmäßig auf drei „Mahlzeiten“ verteilt wurde. Bei klassischen PKU-Patienten mit einer Phenylalaninaufnahme von 15 mg/kg pro Tag würde jede Mahlzeit 5 mg/kg pro Tag enthalten und den Ausgangswert von 0,30 μmol/ml um 0,06 μmol/ml erhöhen, so dass sich ein Gesamtplasmaphenylalaninspiegel von 0,30 + 0,06 = 0,36 μmol/ml ergibt. Setzt man diesen Wert in Gleichung 3 ein (unter der Annahme, dass Vmax bei einem klassischen PKU-Patienten gleich Null ist), so ist -dPhe/dt gleich 0,001 μmol/ml pro Stunde, d. h. bei diesem Phenylalaninspiegel übersteigt die Geschwindigkeit des Verschwindens von Phenylalanin durch die Transaminationsreaktion nur knapp die Geschwindigkeit des Eintritts von Phenylalanin in den Plasmapool durch den Netto-Proteinabbau. Daher sagt Gleichung 3 voraus, dass diese PKU-Patienten eine Phenylalaninzufuhr von 15 mg/kg pro Tag tolerieren könnten.
Auf die gleiche Weise berechnet, würden „moderate PKU“-Patienten mit einer Phenylalanintoleranz von 25 mg/kg pro Tag eine Rest-PAK-Aktivität von 15 % derjenigen des Wildtyps benötigen, um Phenylalanin in 3,5 Stunden zu metabolisieren.5 h zu verstoffwechseln. In ähnlicher Weise würden „milde PKU“-Patienten mit einer Phenylalanin-Toleranz von 50 mg/kg pro Tag einen Rest-PAK-Spiegel von 25 % des Wildtyp-Spiegels benötigen, um das zugesetzte Phenylalanin in etwa 3.Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Gleichung 3 die Toleranz gegenüber Phenylalanin in der Nahrung bei diesen verschiedenen Patientengruppen erklären kann.
Es wäre sinnvoll, zu versuchen, diese Schätzungen der PAH-Restaktivität für die „milden PKU“- und „moderaten PKU“-Patienten mit der in vitro gemessenen Hydroxylase-Restaktivität für die mutierten PAH-Spezies, die die Patienten in sich tragen, zu korrelieren. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt wird ein solcher Versuch jedoch dadurch erschwert, dass die In-vitro-Daten zu stark streuen. So hat sich gezeigt, dass mehrere Patienten, die als „moderate PKU“ (42) eingestuft wurden, die folgenden drei mutierten PAH-Formen in sich tragen (in Klammern sind die in vitro-Restaktivitäten in Prozent der Wildtyp-Aktivitäten angegeben): L348V (25%), R261Q (30%, 47%) und R158Q (10%) (43). Es ist ersichtlich, dass diese Werte um das fast 5-fache variieren. Wie bereits erörtert (2, 43), sind die in vitro-Schätzungen der Resthydoxylase-Aktivität von PAH-Mutanten im Allgemeinen höher als die in Leberbiopsien beobachteten Werte. Zumindest ein Grund für diese Tendenz ist, dass die In-vitro-PAH-Aktivitäten üblicherweise unter Verwendung sättigender Konzentrationen von Phenylalanin und BH4 gemessen werden, wie es bei der Mutante R261Q (44) der Fall war. In Anbetracht dieser Situation ist es möglich, dass die mit Hilfe von Gleichung 3 geschätzten Rest-PAK-Aktivitäten die in vivo-Aktivitäten besser widerspiegeln als die in vitro gemessenen.
Das vorliegende Modell des Phenylalanin-Stoffwechsels ist relevant für die Schlussfolgerung von Thompson und seinen Kollegen (45, 46), die auf der Grundlage von Ergebnissen, die durch Infusion von Probanden mit deuteriummarkiertem Phenylalanin und Tyrosin erzielt wurden, zu dem Schluss gekommen sind, dass klassische PKU-Patienten eine „beträchtliche“ PAK-Aktivität aufweisen, die etwa 76 % derjenigen von Kontrollpersonen entspricht. Diese erstaunlich hohe Phenylalanin-Hydroxylierungsaktivität wurde der Tyrosin-Hydroxylase zugeschrieben (45). Wie bereits erörtert, zeigen die in Abb. 2 zusammengefassten Ergebnisse, dass in Abwesenheit von PAH eine Dosis Phenylalanin mit weniger als 3 % der bei Kontrollpersonen beobachteten Rate aus dem Blut ausgeschieden wird. Die vorliegende Analyse deutet nicht darauf hin, dass es beim Menschen einen alternativen Weg gibt, über den große Mengen an Phenylalanin abgebaut werden können. Kürzlich haben van Spronsen et al. (34) auf ein potenzielles methodisches Problem mit der von Thompson und Mitarbeitern verwendeten Methode hingewiesen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die mit dem Modell für den PAK-Stoffwechsel erzielten quantitativen Ergebnisse mit Daten übereinstimmen, die indirekt die In-vivo-Aktivität von PAK widerspiegeln, wie z. B. Steady-State-Phenylalaninspiegel im Blut, Phenylalanin-Clearance-Raten (konventionell ausgedrückt als t1/2-Werte) aus dem Blut nach einer Phenylalanin-Belastung und Ernährungstoleranz für Phenylalanin. Das Modell hat das Potenzial, die PAH-Restaktivität anhand dieser Werte quantitativ abzuschätzen, insbesondere anhand der gemessenen Ausscheidungsraten einer Phenylalaninbelastung. Die vorhergesagten PAK-Restmengen oder die daraus abgeleiteten Werte können bei der Entscheidung darüber helfen, wie streng die diätetische Einschränkung von Phenylalanin sein muss, um den gewünschten Phenylalaninwert im Blut zu erreichen. Tabelle 1 fasst die t1/2-Werte und Steady-State-Blutphenylalaninspiegel zusammen, die anhand von Gl. 3 (unter der Annahme, dass während des Testzeitraums kein Phenylalanin aufgenommen wird) für verschiedene Niveaus der PAH-Restaktivität berechnet wurden, sowie vergleichbare Werte aus relevanten klinischen Daten.
- Inline-Ansicht
- Popup-Ansicht
Steady-State-Phenylalanin-Blutspiegel und t
-Werte für die Phenylalanin-Clearance, berechnet nach Gl. 3 für verschiedene PAH-Spiegel
Fußnoten
-
↵* An wen Nachdruckanfragen gerichtet werden sollten. e-mail: kaufman{at}codon.nih.gov.
ABBREVIATIONS
PAH, Phenylalaninhydroxylase; PKU, Phenylketonurie; HPA, Hyperphenylalaninämie; PAG, Phenylacetylglutamin