苯丙酮尿症為常染色體隱性遺傳，突變基因位於12號染色體長臂(12q24.1)，該基因的微小變異即可引起發病，並非由於基因缺失，係由兩個雜合子的婚配而導致的遺傳性疾病，以近親結婚的子代為多見。患兒同胞約40％患病，由於苯丙氨酸羥化酶（phenylalanine hydroxylase)基因突變，導致肝髒中苯丙氨酸羥化酶缺乏，是本病基本的生化異常，如果發生變異的堿基對不同，引起臨床表現的嚴重程度有很大差異，可表現為典型PKU或輕度高苯丙氨酸血症。
苯丙氨酸(phenylalamine，PA)是一種人體必需氨基酸，它參與構成各種蛋白質成分，但在人體內不能合成，正常情況下，攝入的PA中約有50％左右用於合成各種成分的蛋白質，其餘部分在苯丙氨酸羥化酶的作用下變為酪氨酸，再經其他酶的作用轉化為多巴，多巴胺，腎上腺素，去甲腎上腺素及黑色素等，苯丙氨酸羥化酶是複合酶係統，除羥化酶本身外，還包括二氫蝶呤還原酶及輔酶四氫生物蝶呤，任何一種酶缺陷均可引起血苯丙氨酸增高。當PA羥化酶缺乏時，未參與第一步蛋白質合成的苯丙氨酸在血漿內貯積，並沉積於全身組織包括腦，血中苯丙氨酸超過腎閾而排出，產生苯丙氨基酸尿。PA的主要途徑(羥化)受阻後，PA的次要代謝途徑則代償性地亢進，使PA轉化為苯丙酮酸，苯乳酸，正羥苯乙酸和苯乙酸的比重逐步增加，正常時這條代謝旁路進行得很少，因此這些代謝產物的含量極少;當PA羥化酶缺乏時，這些代謝產物才達到異常增高的水平，積蓄於組織，血漿和腦脊液中，並大量從尿中排出，產生苯丙酮尿症。
隨著年齡的增大，攝入的苯丙氨酸用於合成蛋白的量逐漸減少。出生以後，每天攝入的苯丙氨酸約為0.5g，兒童和成人增加到4g，其中較大部分被氧化成酪氨酸，這一過程主要依賴於苯丙氨酸羥化酶(PAH)，但也需要輔因子參與。如果這一氧化過程發生障礙，則有苯丙氨酸在體內堆積，在此情況下，苯丙氨酸則通過其他途徑進行代謝而產生苯丙酮酸有害物質，苯丙酮尿(PKU)就是因為PAH活性減低或缺如而引起的一種遺傳性疾病，PAH活性減低還可使酪氨酸受抑而使黑色素生成減少，羥苯丙酮酸酶受抑而使羥苯酮酸在體內堆積。
患者可能有神經症狀和身體上的某些特征舉動，如節律性搖晃動作、震顫、腱反射活躍、肌張力增高，重症患者可伴腦性癱瘓，有部分患者嬰兒期可合並癲癇發作，多表現為嬰兒痙攣症。癲癇發作可隨年齡增長而變換發作形式。
智力發育遲緩，語言發育障礙尤甚。約80％有腦電圖異常，可表現為高峰節律紊亂、灶性棘波等，，絕大多數患兒有抑鬱、多動、孤獨症傾向等精神行為異常，如不進行及時合理的治療最終將造成中度至極重度的智力低下。
有部分患者會合並濕疹等皮膚體征。另外，約2/3的患兒有輕度小顱畸形，眼底正常，無內髒腫大或骨骼異常。
苯丙酮尿症是一種遺傳性疾病，所以新生兒有高苯丙氨酸血症，因未進食，血苯丙氨酸及其有害的代謝產物濃度不高，故PKU患兒出生時大多表現正常，無臨床表現。如果對新生兒未作苯丙酮尿症篩選，隨著喂食的時間延長，血中苯丙氨酸及其代謝產物逐漸升高，臨床症狀才漸漸表現出來。通常在3－6個月時始初現症狀。1歲時症狀明顯。未經治療的患兒3～4個月後逐漸表現出智力、運動發育落後，頭發由黑變黃，皮膚白，全身和尿液有特殊鼠臭味，常有濕疹。年齡增長，患兒智力低下越來越明顯，年長兒約 60％ 有嚴重的智能障礙。 2/3 患兒有輕微的神經係統體征，例如，肌張力增高、腱反射亢進、小頭畸形等，嚴重者可有 腦性癱瘓 。 約 1/4 患兒有 癲癇 發 作，常在 18 個月以前出現，可表現為嬰兒痙攣性發作、點頭樣發作或其他形式。約 80％ 患兒有腦電圖異常，異常表現以癇樣放電為主，少數為背景活動異常。經治療後血苯丙氨酸濃度下降，腦電圖亦明顯改善。
我們將苯丙酮尿症的主要臨床表現分為三個部分：第一是身體特征方麵。(1)皮膚常幹燥、色白、細膩，易有濕疹和皮膚劃痕症。由於酪氨酸酶受抑，使黑色素合成減少，故患者毛發色淡，呈棕色，幹枯無光彩。頭圍小，乳齒生長緩慢，牙列稀疏，骨骼發育遲緩，虹膜色淺。(2)汗液和尿中排出有難聞的鼠氣味、黴臭味。(3)早期還出現嘔吐、煩躁、易激惹等症狀。第二是生長發育特征。生後4-9個月開始有明顯的智力發育遲緩，語言發育障礙尤甚，這些表現提示大腦發育障礙。部門患者合並有癲癇發作，其中部分嬰兒表現為痙攣症，多在生後18個月以前出現。絕大多數患兒有抑鬱、多動、孤獨症傾向等精神行為異常，如不進行及時合理的治療最終將造成中度至極重度的智力低下。第三是神經係統症狀。體征不多見，可有腦小畸形，肌張力增高，步態異常，反複發作的抽搐，反射亢進，腱反射亢進，手部細微震顫，肢體重複動作等。常有興奮不安、多動和異常行為。早期還出現嘔吐、煩躁、易激惹等症狀。年長兒可有癲癇小發作和大發作。絕大多數患兒有抑鬱、多動、孤獨症傾向等精神行為異常，如不進行及時合理的治療最終將造成中度至極重度的智力低下。
苯丙酮尿症是可以預防的苯丙酮尿症的預防包括兩個方麵：一是預防苯丙酮尿症的發病，二是預防苯丙酮尿症患兒的出生
預防苯丙酮尿症的發病必須早期診斷、早期治療從而避免因過高苯丙氨酸代謝產物苯丙酮酸、苯乙酸和苯乳酸導致神經係統的損傷由於體內苯丙酮酸、苯乙酸和苯乳酸積蓄到損傷大腦所需的濃度需要一定的時間，所以即使是PKU患兒，但在新生兒出生後1～2個月內往往僅是這些異常代謝產物濃度所增加，還不至於引起不可逆的損傷若在這一階段及時診斷和有效治療即可避免神經係統受到損傷這種在嬰兒出生後1個月之內，還未發病之前檢測疾病的方法稱為新生兒疾病篩查，是早期診斷的有效方法，既在新生兒出生3天後采血，檢測血苯丙氨酸濃度，若苯丙氨酸增高，需要進一步確診檢查，確診後進行有效治療，血中苯丙氨酸及其異常代謝產物降至正常，達到預防發病的目的
預防苯丙酮尿症患兒的出生既在患兒出生前胎兒時期進行診斷，若診斷為苯丙酮尿症由父母決定是否保留改患病胎兒，這種在出生前診斷的方法稱為產前診斷苯丙酮尿症的產前診斷適用於已經有PKU患者的父母再想生育者方法為：首先檢測出患兒及患兒父母血細胞中的致病基因突變位點，這是產前診斷PKU的前提，然後在母親再次懷孕16～20周時抽取羊水，檢測羊水中胎兒的細胞中是否帶有2致病基因突變位點，若帶有2致病基因突變位點既是PKU患兒，若隻帶有1個致病基因突變位點，既是致病基因攜帶者這樣可以進行產前診斷，由父母決定胎兒的去留，可以達到預防苯丙酮尿症患兒出生的目的
遺傳病治療困難，療效不滿意，預防顯得更為重要，避免近親結婚，推行遺傳谘詢，攜帶者基因檢測及產前診斷和選擇性人工流產等，防止患兒出生；患PKU 症婦女在懷孕前和懷孕過程中也應采用飲食治療，使血中苯丙氨酸降低到允許水平0.6mmol/L，否則對胎兒帶來嚴重後果一般而言，對胎兒安全的母親血中苯丙氨酸水平在0.24～0.36mmol/L（4～6mg）如果患有PKU 的妊娠母親高苯丙氨酸血症得到控製，前述對胎兒的不良的嚴重影響將可完全避免提倡母乳喂養，盡早發現苯丙酮尿症攜帶者和普及三氯化鐵尿布，使已致病嬰兒及早發現，及早治療是預防智能低下的重要辦法
苯丙酮尿症有以下檢查方法：
新生兒期篩查。新生兒喂給奶類3日，用厚濾紙采集其外周血液，晾幹後即可寄送至篩查實驗室。其苯丙氨酸濃度可以采用Guthrie細菌生長抑製試驗半定量測定；亦可在苯丙氨酸脫氫酶作用下進行比色定量測定，後者的假陰性率較低。當苯丙氨酸含量＞0.24mmol/L（4mg/dl），亦即兩倍於正常參考值時，便應複查或采靜脈血定量測定苯丙氨酸和酪氨酸。通常，患兒血漿苯丙氨酸可高達 1.2mmol／L（20mg／dl）以上。此法是應用最早,最經濟實用的血苯丙氨酸半定量方法。目前上海、北京等城市已用本法進行新生兒篩選，以期及早診斷苯丙酮尿症患者。
血液中苯丙氨酸測定。正常人血液中苯丙氨酸濃度為60～180μmol/L，PKU患者可高達600～3600μmol/L。此方法是界定一個分界點，來衡量病人血液中苯丙氨酸的濃度。（1）以258μmol/L為正常人與苯丙酮尿症患者的分界點，則有高達4％的假陽性。用色層析法則在生後幾天的新生兒中可出現假陰性。MS/MS(質譜)法可減少假陽性率，此方法可同時測定血苯丙氨酸和酪氨酸，並可計算苯丙氨酸/酷氨酸比值。（2）如果以比值2.5為正常兒童與患者的分界點，則可將假陽性減少到1％。故目前多用此方法來篩選新生兒苯丙酮尿症。此方法還可用來篩選半乳糖血症、楓糖尿病、同型胱氨酸尿症和先天性甲狀腺功能減低症，一次檢查可以篩選多種先天性疾病。
尿液檢查。（1）尿三氯化鐵試驗與國產苯丙酮尿症快速診斷試紙試驗：若尿中如含苯丙酮酸則三氯化鐵試驗呈綠色，放置後退色；如尿中含尿黑酸、組氨酸或氯丙嗪代謝產物，亦可顯綠色而呈假陽性反應。中國生產PKU試紙潤濕尿液後如呈藍綠色為陽性，並對根據色澤深淺與標準色板比較，估計尿中苯丙酮酸含量。因血清苯丙氨酸濃度低於908—1210.6/μmol/L，尿中可無苯丙酮酸排泄，故新生兒期患者尿三氯化鐵及試紙試驗可呈陰性。（2）2，4-硝基苯肼試驗:加入尿液產生黃色混濁沉澱則為陽性。需要注意的是兩者都是檢測尿中苯丙酮酸的化學呈色法。由於其特異性欠佳，有假陽性和假陰性的可能，一般用作對較大兒童的初篩。
熒光光度測定法。利用此方法可以定量測定苯丙氨酸。
氨基酸層析法。可用手指或足跟血的一種較簡單的苯丙氨酸定量方法。
氨基酸分析法。采用氨基酸分析儀進行血氨基酸自動分析的一種定量方法。可以根據苯丙氨酸、酪氨酸等氨基酸定量以及支鏈與芳香族氨基酸的比例，對氨基酸代謝病進行鑒別診斷。氨基酸分析法在區分苯丙酮尿症類型及高苯丙氨酸血症鑒別上有很重要意義。
苯丙氨酸耐量試驗。口服苯丙氨酸100mg/kg,1-4小時後查血中苯丙氨酸,如含量增高,而酪氨酸含量降低可確診
腦電圖(EEG)檢查。主要呈現棘慢波，偶見高波幅節律紊亂。隨年齡增長，EEG異常表現逐漸增多，至12歲後EEG異常才逐漸減少。
X線檢查。孕婦在懷孕期間檢查可見小頭畸形。
CT和MRI檢查。可發現彌漫性腦皮質萎縮等非特異性改變。
尿蝶呤分析。應用高壓液相層析（HPLC）測定尿液中新蝶呤和生物蝶呤的含量，可以鑒別各型PKU：PAH缺乏的患兒尿中蝶呤總排出量增高，新蝶呤與生物蝶呤比值正常；DHPR缺乏患兒呈現蝶呤總排出量增加，四氫生物蝶呤減少；6－PTS缺乏患兒則呈現新蝶呤與生物蝶呤比值增高，新蝶呤排出量增加；GTPCH缺乏患兒呈現蝶呤總排出量減少。
DNA分析 目前對PAH和DHPR缺陷可用DNA分析方法進行基因診斷。但由於基因的多態性眾多，分析結果務須謹慎。
需要注意的是，本病為少數可治性遺傳代謝病之一，應力求早期診斷與治療，以避免神經係統的不可逆損傷。由於患兒在早期不出現症狀，因此，必須借助實驗室檢測。
對嬰兒可喂給特製的低苯丙氨酸奶粉。為幼兒添加輔食時應以澱粉類、蔬菜和水果等低蛋白質食物為主。由於苯丙氨酸是合成蛋白質的必需氨基酸，缺乏時亦會導致神經係統損害，故仍應按每日30-50mg/kg適量供給，以能維持血中苯丙氨酸濃度在 0.12～0.6mmol/L(2～10mg/dl)為宜。
苯丙酮尿症的治療需要根據分型采取針對的治療措施。
典型PKU的治療關鍵是控製飲食中苯丙氨酸（PA）的含量，采取低苯丙氨酸飲食。嬰兒期可用人工合成低苯丙氨酸奶粉喂養，國內也有出品，既能滿足機體代謝和生長發育的最低需要，又不會使血中 PA含量過高造成腦損傷。人的大腦發育在出生後頭1 年（特別是頭半年）是最重要的時期，故飲食治療應從新生兒開始，如生後6個月才開始療效差，4～5歲開始因神經係統發育已基本完成而無效（Holtzman etal，1986）。如控製患兒飲食中PA，血PA含量維持在0.18～0.92mmol/L（5～10mg/dl）療效可能較理想，可提高智力發育。然而，斷奶後再維持低苯丙氨酸飲食並非容易，因動植物蛋白中PA含量均可達0.18～0.31mmol/L，必須嚴格限製蛋白質飲食，還要充分滿足熱卡、脂肪、維生素及礦物質等需求，需要營養醫師製定食譜，進行嚴密隨訪。特殊膳食的口味很差，許多患兒難於接受。文獻報告飲食控製愈好，IQ發育愈高。如兒童期中斷飲食治療，可再次出現精神運動發育遲滯，IQ下降；恢複飲食治療，仍可望獲得一定療效。國內許多病例是在嬰兒後期或兒童期已發生腦損傷時才確診，此時采取飲食治療雖不能改善智商，但對控製癇性發作及改善發育遲滯、皮膚濕疹、皮膚及毛發色素減退、硬皮症、精液減少和生殖功能缺陷等仍有裨益。目前，飲食治療的期限仍有爭論。多數患兒6歲後可不必嚴格限製膳食，但苯丙氨酸攝入仍在限製之列。有苯丙氨酸血症而無PKU的兒童無必要飲食治療。也有學者認為，飲食治療應持續至青春期後以至終生。對飲食治療的副作用，如生長落後、短身材、低體重、低血糖、低蛋白血症及骨齡延遲等必須有充分預料。因PA是人體必需氨基酸，完全缺乏可能導致嚴重後果，如嗜睡、貧血、厭食、腹瀉和皮疹，甚至死亡。要注意的是:在限製苯丙氨酸攝入的飲食治療過程中，應密切觀察患兒的生長發育、營養狀況及血中苯丙氨酸水平及副作用。副作用主要是其他營養缺乏，可出現腹瀉、貧血（大細胞性）、低血糖、低蛋白血症和煙酸缺乏樣皮疹等。
少數患兒是PKU變異型，限製PA飲食不能阻止神經係統受累，有些這類患兒早在新生兒早期即有肌張力障礙性錐體外係肌強直，稱僵嬰綜合征（stiff-baby syndrome），用生蝶呤（生物蝶呤）可能有效，因這類患兒肝髒苯丙氨酸羥化酶水平正常，該酶缺乏是由於四氫生物蝶呤活性協同因子合成障礙，可因二氫蝶呤降解酶缺乏或生蝶呤（生物蝶呤）合成減少所致；尿中兒茶酚胺代謝物和5-羥色胺減少，限製飲食PA無效，對這些病例的治療主要通過補充神經遞質前體左旋多巴（L-dopa）和5-羥色氨酸（5-hydroxytryptophan）加以糾正。