脲基丙酸

脲基丙酸（ureidopropionate） 涵盖其化学结构、生物合成与降解、代谢途径、生理意义以及疾病关联：

1. 名称与基本信息
   脲基丙酸（ureidopropionate） 是一种含有脲基的三碳羧酸，其系统名称为 3-ureidopropanoic acid，也常写作 N-carbamoyl-β-alanine。其结构可视为β-丙氨酸（β-alanine）在氨基上连接一个脲基（–NH–CO–NH₂）所得的衍生物。分子式为 C₄H₈N₂O₃，常见于嘌呤和嘧啶代谢过程中，是 尿嘧啶（uracil）与胸腺嘧啶（thymine） 降解途径中的中间产物。

2. 嘧啶降解中的关键中间体

2.1 尿嘧啶降解通路
在真核生物与多数细菌中，尿嘧啶（uracil） 通过下列三步降解为β-丙氨酸，ureidopropionate 是其中中间体之一：

① 尿嘧啶 → 二氢尿嘧啶（dihydrouracil）
② 二氢尿嘧啶 → 脲基丙酸（ureidopropionate）
③ 脲基丙酸 → β-丙氨酸（β-alanine） + 二氧化碳 + 氨（NH₃）

步骤③由酶 β-ureidopropionase（UPB1）催化，是关键的酶促水解步骤。

2.2 胸腺嘧啶降解
胸腺嘧啶（thymine）降解亦经由相似路径，产生 脲基异丁酸（ureidoisobutyrate） 而非ureidopropionate，但酶机制类似。

3. 代谢与运输

3.1 酶参与

• Dihydropyrimidinase（DPYS）：将二氢尿嘧啶水解为ureidopropionate。

• β-ureidopropionase（UPB1）：将ureidopropionate水解为β-丙氨酸，释放CO₂与NH₃。

3.2 生理作用

• β-丙氨酸是 辅酶A合成 的前体之一，也参与肌酸、肌肽代谢。

• Ureidopropionate 本身虽无已知直接信号功能，但其浓度可反映核酸分解活性或遗传代谢异常。

4. 疾病关联

4.1 β-脲基丙酸酶缺乏症（β-ureidopropionase deficiency）
一种罕见常染色体隐性代谢病，因 UPB1 基因突变 导致ureidopropionate、ureidoisobutyrate及其上游代谢物（如二氢嘧啶）在体液中积聚。临床表现可能包括智力障碍、癫痫、肌张力异常等(¹)。

4.2 代谢组学标志物
尿液或血浆中 ureidopropionate升高 可作为：

• 嘧啶代谢异常（如DPYS或UPB1缺陷）的代谢指征；

• 癌症代谢 活性增强的间接标志，特别是在肿瘤快速增殖时核酸周转速率增加；

• 肝脏功能障碍的可能反映，因为尿嘧啶降解主要在肝中进行。

5. 应用与研究价值

5.1 代谢组学中的应用
在靶向或非靶向代谢组学（如LC-MS或GC-MS）中，ureidopropionate 是 嘧啶降解通路 的关键节点物。对其含量的定量可帮助研究者分析：

• DNA/RNA周转速率；

• 抗癌药物诱导的嘧啶毒性；

• 代谢途径重构中的瓶颈节点。

5.2 合成生物学中的潜力
虽然当前尚未广泛用于工业合成或工程代谢，但其前体如β-丙氨酸已用于 聚酰胺材料 和 运动营养品（如肌酸调节剂），间接使ureidopropionate成为潜在的合成目标。

6. 参考文献

(1) van Kuilenburg, A. B. P. et al. (2004). Human Molecular Genetics, 13(22), 2803–2811.
(2) Henderson, M. J. et al. (1993). Clinica Chimica Acta, 214(1), 63–73.
(3) Nakamura, M. et al. (2000). Journal of Inherited Metabolic Disease, 23(6), 616–619.
(4) De Berardinis, R. J. & Thompson, C. B. (2012). Cell, 148(6), 1132–1144.