Metabolomic profiling in phenylketonuria: a systematic review of human studies
Por:
Gonzalez-Rodriguez A, Urpi-Sarda M, Barrau-Martinez B, Campins-Machado FM, Bakkali-Aissaoui H, Pané A, Moreno PJ, Ortega E, Garcia-Villoria J, Ormazabal-Herrero A, Garcia-Arenas D, Junqué C, Garrabou G and Llorach R
Publicada:
7 mar 2026
Ahead of Print:
7 mar 2026
Resumen:
BackgroundPhenylketonuria (PKU) is a rare metabolic disorder caused by a deficiency in the enzyme phenylalanine hydroxylase, leading to the accumulation of phenylalanine (Phe). Raised Phe levels can result in neurocognitive deficits, intellectual disabilities, and behavioral or psychiatric disorders.Aim of reviewTo conduct a systematic review of human studies on metabolites identified through metabolomics in individuals with PKU, compared to healthy controls, and to provide insights into their biological significance.Key scientific concepts of reviewA total of 26 human studies analyzing metabolites in urine and blood met the inclusion criteria. In total, 544 metabolites that differed between patients with PKU and healthy controls were identified through different metabolomic techniques (LC-MS, GC-MS, NMR). Differences were primarily observed in blood samples, which accounted for 95% of the total metabolites, with only 5% detected in urine samples, reflecting the limited use of this body fluid in only five studies. We found 60% of blood metabolites upregulated in patients with PKU, including Phe, Phe-related metabolites, lipids, and other amino acids, while tryptophan and kynurenine, among others, were downregulated (40%). Additionally, 35 metabolites (6% of the total) exhibited inconsistent directions of change (both up- and downregulated), including amino acids, carnitine derivatives, and lipids. These findings may be attributed to clinical factors (dietary adherence, supplementation, and treatment) and methodological differences in blood-derived matrices. Consequently, the high heterogeneity across studies, biological matrices and analytical platforms represents limitations for establishing a unique metabolomic signature. Overall, these results emphasize the metabolic complexity of PKU and highlight the potential of metabolomics to advance disease monitoring and management.
Filiaciones:
Gonzalez-Rodriguez A:
Departament de Nutrició, Ciències de l'Alimentació i Gastronomia, Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació, Universitat de Barcelona (UB), Campus de l'Alimentació de Torribera, 08921, Santa Coloma de Gramenet, Spain
Institut de Recerca en Nutrició i Seguretat Alimentària (INSA-UB), Universitat de Barcelona (UB), Campus de l'Alimentació de Torribera, 08921, Santa Coloma de Gramenet, Spain
Urpi-Sarda M:
Departament de Nutrició, Ciències de l'Alimentació i Gastronomia, Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació, Universitat de Barcelona (UB), Campus de l'Alimentació de Torribera, 08921, Santa Coloma de Gramenet, Spain
Institut de Recerca en Nutrició i Seguretat Alimentària (INSA-UB), Universitat de Barcelona (UB), Campus de l'Alimentació de Torribera, 08921, Santa Coloma de Gramenet, Spain
Centro de Investigación Biomédica en Red de Fragilidad y Envejecimiento Saludable (CIBERFES), Instituto de Salud Carlos III (ISCIII), 28029, Madrid, Spain
Barrau-Martinez B:
Departament de Nutrició, Ciències de l'Alimentació i Gastronomia, Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació, Universitat de Barcelona (UB), Campus de l'Alimentació de Torribera, 08921, Santa Coloma de Gramenet, Spain
Institut de Recerca en Nutrició i Seguretat Alimentària (INSA-UB), Universitat de Barcelona (UB), Campus de l'Alimentació de Torribera, 08921, Santa Coloma de Gramenet, Spain
Campins-Machado FM:
Departament de Nutrició, Ciències de l'Alimentació i Gastronomia, Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació, Universitat de Barcelona (UB), Campus de l'Alimentació de Torribera, 08921, Santa Coloma de Gramenet, Spain
Institut de Recerca en Nutrició i Seguretat Alimentària (INSA-UB), Universitat de Barcelona (UB), Campus de l'Alimentació de Torribera, 08921, Santa Coloma de Gramenet, Spain
Bakkali-Aissaoui H:
Departament de Nutrició, Ciències de l'Alimentació i Gastronomia, Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació, Universitat de Barcelona (UB), Campus de l'Alimentació de Torribera, 08921, Santa Coloma de Gramenet, Spain
Pané A:
Endocrinology and Nutrition Department, Adult Inherited Metabolic Disorders Unit (UECMA), Hospital Clínic de Barcelona, 08036, Barcelona, Spain
Centro de Investigación Biomédica en Red de Fisiopatología de la Obesidad y Nutrición (CIBEROBN), Instituto de Salud Carlos III (ISCIII), 28029, Madrid, Spain
Moreno PJ:
Internal Medicine Department, Adult Inherited Metabolic Disorders Unit (UECMA), Hospital Clínic de Barcelona, 08036, Barcelona, Spain
Inherited Metabolic Diseases and Muscle Disorders Research Laboratory, Centre de Recerca Biomèdica CELLEX - Institut d'Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS), Faculty of Medicine and Health Sciences, University of Barcelona, 08036, Barcelona, Spain
Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Instituto de Salud Carlos III (ISCIII), 28029, Madrid, Spain
Ortega E:
Endocrinology and Nutrition Department, Adult Inherited Metabolic Disorders Unit (UECMA), Hospital Clínic de Barcelona, 08036, Barcelona, Spain
Centro de Investigación Biomédica en Red de Fisiopatología de la Obesidad y Nutrición (CIBEROBN), Instituto de Salud Carlos III (ISCIII), 28029, Madrid, Spain
Garcia-Villoria J:
Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Instituto de Salud Carlos III (ISCIII), 28029, Madrid, Spain
Section of Inborn Errors of Metabolism-IBC, Biochemistry and Molecular Genetics Department, Hospital Clínic de Barcelona, IDIBAPS, 08036, Barcelona, Spain
Ormazabal-Herrero A:
Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Instituto de Salud Carlos III (ISCIII), 28029, Madrid, Spain
Clinical Biochemistry Department, Sant Joan de Déu Hospital, Institut de Recerca Sant Joan de Déu, Esplugues de Llobregat, 08950, Barcelona, Spain
:
Departament de Nutrició, Ciències de l'Alimentació i Gastronomia, Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació, Universitat de Barcelona (UB), Campus de l'Alimentació de Torribera, 08921, Santa Coloma de Gramenet, Spain
Inborn Errors of Metabolism Unit, Sant Joan de Déu Hospital, Esplugues de Llobregat, 08950, Barcelona, Spain
Junqué C:
Fundació de Recerca Clínic Barcelona-Institut d'Investigacions Biomèdiques August Pi I Sunyer (FRCB-IDIBAPS), Institute of Neurosciences, Department of Medicine, University of Barcelona, Centro de Investigación Biomédica en Red sobre Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED), 08036, Barcelona, Spain
Garrabou G:
Internal Medicine Department, Adult Inherited Metabolic Disorders Unit (UECMA), Hospital Clínic de Barcelona, 08036, Barcelona, Spain
Inherited Metabolic Diseases and Muscle Disorders Research Laboratory, Centre de Recerca Biomèdica CELLEX - Institut d'Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS), Faculty of Medicine and Health Sciences, University of Barcelona, 08036, Barcelona, Spain
Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Instituto de Salud Carlos III (ISCIII), 28029, Madrid, Spain
Llorach R:
Departament de Nutrició, Ciències de l'Alimentació i Gastronomia, Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació, Universitat de Barcelona (UB), Campus de l'Alimentació de Torribera, 08921, Santa Coloma de Gramenet, Spain
Institut de Recerca en Nutrició i Seguretat Alimentària (INSA-UB), Universitat de Barcelona (UB), Campus de l'Alimentació de Torribera, 08921, Santa Coloma de Gramenet, Spain
Centro de Investigación Biomédica en Red de Fragilidad y Envejecimiento Saludable (CIBERFES), Instituto de Salud Carlos III (ISCIII), 28029, Madrid, Spain
Green Submitted, hybrid
|