《International Journal of Molecular Sciences》：The Kynurenine Pathway: Unraveling Its Role in Neurological Disorders via Mammalian Cellular Models
犬尿氨酸通路（KP）构成了色氨酸分解代谢的主要途径，产生一系列深刻影响中枢神经系统功能的神经活性代谢物。KP失调日益被认为是多种神经病理状态的关键致病机制。本综述批判性评估了目前最广泛引用的哺乳动物细胞模型，这些模型用于描绘KP改变在神经系统疾病中的因果作用。具体而言，本文考察了原代细胞培养、永生化及肿瘤来源的细胞系、干细胞衍生系统以及离体器官型脑切片和组织，突出了它们各自的方法学优势、转化局限性以及特定的酶学特征。在所描述的细胞系统中，出现了一个反复出现的机制主题：喹啉酸驱动的线粒体功能障碍、氧化应激和NAD+耗竭在神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、亨廷顿病和肌萎缩侧索硬化症）中汇聚。相反，犬尿喹啉酸表现出疾病依赖性——有时是相反的——作用，在帕金森病模型中减弱多巴胺能神经毒性，而在精神分裂症模型中却导致突触修剪缺陷。此外，细胞模型表明，IDO1/TDO的诱导和下游代谢物变化通常具有细胞类型和物种依赖性，使直接外推至人类病理变得复杂。由于没有单一实验系统能够达到完全的生理保真度，阐明KP的复杂动态并识别新型治疗靶点需要整合跨互补平台的数据。
1. 引言
犬尿氨酸通路（KP）作为色氨酸代谢的主要途径，连接免疫激活、神经调节和细胞能量代谢，成为神经系统和精神疾病中可调控的治疗靶点。KP产生的生物活性代谢物与多种生理系统（内分泌、造血、免疫、心血管和神经系统）双向交互，其终产物NAD
+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）对关键细胞过程不可或缺。神经退行性和神经精神疾病影响全球数亿人，尽管临床表现从功能障碍到神经元死亡各异，但共同特征包括神经免疫稳态失调和神经递质代谢改变。KP代谢失衡被认为是神经炎症与神经退行之间的关键机制联系。衰老、遗传和环境因素通过低氧诱导因子-1α（HIF-1α）依赖方式、促炎细胞因子信号（尤其是IFN-γ）以及β-淀粉样蛋白（Aβ）和过度磷酸化tau蛋白上调关键酶来调节KP酶表达和代谢物通量。肠道菌群失调也是KP活性的上游调节因子。KP代谢改变促进线粒体功能障碍和氧化应激，与缺氧、炎症和异常蛋白质聚集共同驱动神经元丢失。临床研究中的相关性矛盾（如AD、HD、抑郁症患者的脑脊液QUIN和KYNA变化，AD海马中IDO1表达增加，精神分裂症中KYN/TRP比值变化）无法确定因果关系。因此，细胞模型（包括原代培养、器官型制备和体外细胞培养系统）成为推进KP在神经疾病中机制理解不可或缺的工具，它们允许精确操纵酶学步骤、进行药理学和遗传学调节，并直接评估表型、生化和功能后果，实现因果推断。
2. 文献检索策略
本综述在PubMed、Scopus和Google Scholar数据库中进行全面文献检索，截止至2026年6月25日。检索词包括"kynurenine"、"kynurenine pathway"、单个KP代谢物和酶的名称，结合特定神经疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病、精神分裂症、重度抑郁障碍）、细胞系统（如原代培养、小胶质细胞、星形胶质细胞、神经元、胶质细胞、类器官、iPSC、SH-SY5Y）和机制过程（如神经炎症、氧化应激、AhR、线粒体功能障碍、免疫调节）的关键词。未设置出版日期限制以确保全面覆盖。排除未直接聚焦神经生物疾病和犬尿氨酸通路的研究。从相关文章参考文献中筛选额外研究，共纳入251篇文献。
3. 犬尿氨酸通路的一般特征
KP是色氨酸（TRP）的主要分解代谢途径，占全身降解的95%以上（图2）。起始限速步骤由吲哚胺-2,3-双加氧酶1和2（IDO1、IDO2）及色氨酸-2,3-双加氧酶（TDO，又称TDO2）催化。IDO1分布广泛（巨噬细胞、小胶质细胞、树突状细胞、星形胶质细胞、成纤维细胞、上皮细胞），是炎症条件下犬尿氨酸（KYN）产生的主要驱动因子，具有底物混杂性，且作为信号分子调控免疫细胞表型。IDO1可被IFN-γ及其他促炎介质（TNF-α、IL-6、IL-10）强力诱导。IDO2对细胞因子刺激相对不敏感，表达限于肝脏、肾脏和抗原呈递细胞，催化活性远低于IDO1。TDO组成性表达于肝脏和脑，维持全身TRP稳态。这些酶将TRP转化为N-甲酰犬尿氨酸，后者迅速水解为L-犬尿氨酸（KYN）——通路的关键分支点。KYN经犬尿氨酸氨基转移酶（KATs）I–IV转化为犬尿喹啉酸（KYNA），一种离子型谷氨酸受体（NMDA和AMPA）和α7-烟碱型乙酰胆碱受体（α7-nAChR）的内源性拮抗剂，具有神经保护和抗炎特性；KYNA也可作为G蛋白偶联受体35（GPR35）和芳烃受体（AhR）的配体。另一分支由犬尿氨酸-3-单加氧酶（KMO）启动，生成神经毒性代谢物3-羟基犬尿氨酸（3-HK）、黄尿酸（XANA）和3-羟基邻氨基苯甲酸（3-HAA）。XANA作为谷氨酸能神经传递的内源性调节剂，降低细胞外谷氨酸水平。2-氨基-3-羧基粘康酸半醛经酶促脱羧（ACMSD）或自发非酶促环化生成喹啉酸（QUIN），一种NMDA受体激动剂，通过过度激活谷氨酸信号和钙依赖性毒性产生神经毒性。通路终产物NAD
+是细胞能量代谢、DNA修复和去乙酰化酶介导信号的关键辅因子。此外，还有戊二酸途径、吡啶甲酸（PIC）和朱砂酸（CA）等分支。QUIN和KYNA的平衡（KYNA/QUIN比值）被认为是疾病中神经元脆弱性或恢复力的关键决定因素。大多数KP代谢物对血脑屏障通透性差，CNS内浓度主要由局部酶活性调节，但KYN通过大中性氨基酸转运体（LAT1）主动转运入脑。虽然脑中KMO和TDO基础活性较低，约60%的脑KYN来自血液，但免疫激活时局部IDO诱导使局部合成显著增加。
中枢神经系统中KP的一个关键特征是酶表达的细胞类型特异性。小胶质细胞主要表达KMO和3-羟基邻氨基苯甲酸-3,4-双加氧酶（3-HAO），是炎症激活时QUIN和3-HK的主要来源。星形胶质细胞高表达KATs（特别是KAT II，即AADAT），是神经保护性KYNA的主要生产者；同时高表达烟酸磷酸核糖基转移酶而几乎不表达喹啉酸磷酸核糖基转移酶（QPRT），优先使用烟酸分支来缓冲氧化应激。神经元自身KP代谢能力有限，是代谢物的净消费者而非生产者。这种细胞区室化意味着局部神经免疫环境决定KP参与的整体神经化学结果。在慢性神经炎症中，小胶质细胞与星形胶质细胞的平衡被破坏，导致QUIN过量而KYNA不足，促进兴奋性毒性、突触功能障碍和神经元丢失。此外，星形胶质细胞产生的KYN浓度足以诱导巨噬细胞产生大量QUIN，表明在神经炎症时星形胶质细胞可能通过支持邻近单核细胞产生QUIN而间接具有神经毒性。除QUIN外，3-HK和3-HAA通过产生氧化应激诱导神经毒性，3-HK抑制呼吸链复合物I、II、IV，3-HAA抑制I和II，AA抑制I-III，共同导致线粒体功能障碍。然而，KP代谢物的效应高度依赖于环境和浓度：QUIN在生理浓度下参与细胞代谢和神经发育，病理积累才驱动损伤；KYNA过量则损害突触可塑性和认知功能；3-HK和3-HAA具有双重氧化还原特性。因此，KP对神经系统的净功能影响由代谢物相对平衡、区域分布、细胞类型特异性产生和免疫激活时相动力学共同决定。
4. 原代细胞培养
原代细胞培养为细胞类型特异性研究提供了最接近生理性KP活性的模型，可直接测定酶表达和代谢物谱，但存在显著局限性。原代细胞培养分为神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞以及人或动物来源的培养物，用于测量代谢物水平、KP酶表达以及IFN-γ或脂多糖（LPS）等靶向调节实验。原代哺乳动物神经元终末分化后失去增殖能力；种内生物学变异增大所需样本量，限制高通量筛选的可扩展性；种间差异进一步复杂化结果解释。此外，单一细胞类型的原代培养无法捕捉调节KP活性的细胞间相互作用，共培养系统可部分缓解这一局限。使用IFN-γ刺激的人神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞纯化培养表明，三种细胞均表达IDO，但仅小胶质细胞产生可检测的QUIN。人胎儿星形胶质细胞原代培养显示，在低生理到高兴奋毒性浓度范围内，QUIN诱导IL-1β产生、星形胶质细胞增生和谷氨酰胺合成酶抑制。QUIN浓度升高时，细胞NAD
+水平下降与细胞外乳酸脱氢酶活性增加呈剂量依赖性相关，同时一氧化氮合酶（iNOS和nNOS）的mRNA和蛋白表达上调。
除三种主要神经细胞外，研究还涉及人外周血单核细胞和少突胶质细胞。在免疫应答中，活化巨噬细胞可通过受损血脑屏障浸润CNS，影响脑细胞过程并激活小胶质细胞。IFN-γ刺激后，巨噬细胞产生QUIN水平约为小胶质细胞的20倍。表达IDO1的单核细胞通过IDO1-KYN-AhR轴在帕金森病中发挥疾病特异性免疫调节作用。而少突胶质细胞因基础和IFN-γ处理后均不表达IDO和TDO，可能通过产生KYNA发挥神经保护作用。然而，该细胞类型中KP的生物学功能仍不明确。在大鼠中，KYNA硬膜下灌注诱导脱髓鞘而不导致少突胶质细胞坏死，伴有显著局部星形胶质细胞增生且无细胞炎症反应。
在现代神经精神及神经退行性疾病KP研究中，原代大鼠培养使用频率显著下降，尽管许多基础研究在大鼠中进行。这归因于小鼠更易于进行遗传操作、多数现代实验方案已标准化用于小鼠，以及小鼠在神经免疫学中的广泛使用。然而，应充分考虑大鼠在代谢和细胞反应中的种属差异：例如，大鼠中LPS和免疫激活不显著增加脑内QUIN，很可能缺乏IDO和TDO上调。尽管如此，2015年后仍有研究使用原代大鼠培养：KYNA增强原代成熟大鼠皮层神经元的树突分支复杂性和突触发生，并保护免受IFN-γ激活混合胶质条件培养液和QUIN直接处理诱导的神经元结构复杂性降低和突触标记物共定位丢失。另一项研究显示，CuSO
4与3-HK或3-HAA共孵育可增强铜诱导的线粒体膜电位降低、谷胱甘肽水平下降和原代大鼠皮层星形胶质细胞活力降低，同时消除铜诱导的ROS生成。实验室小鼠因遗传操作便利、标准化实验方案和神经免疫学广泛使用而成为当代KP研究的主要模型，但种间差异仍需考虑。原代小鼠培养更接近人KP调节，更常被引用：与人相似，小鼠免疫激活诱导脑IDO，随后小胶质细胞增加QUIN产生。对原代小鼠神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞的检测发现，三种细胞均表达KAT II。
在原代培养模型中，小胶质细胞占据关键位置。与骨髓来源巨噬细胞和外周血单核细胞不同，原代人小胶质细胞仍未被充分表征，因其与模式生物（尤其是家鼠）小胶质细胞在转录组和功能谱上差异显著，人组织获取受限且存在伦理约束，现有分离和培养方法可能改变其关键特性。在单培养中，小胶质细胞通常呈现受损组织中观察到的非分支阿米巴样形态并迅速去分化，丢失特征性基因表达谱。小鼠小胶质细胞与人小胶质细胞部分相似，但整体反应性较低（包括对LPS、IL-1β、IFN-γ或TNF-α的分泌反应和吞噬能力），且在IFN-γ或LPS刺激下强烈诱导一氧化氮（NO）分泌——这在原代人小胶质细胞中未见，而iNOS抑制对IDO表达无影响。
5. 永生化及肿瘤来源的细胞系
永生化及肿瘤细胞系在KP研究中的一个关键混杂因素是起源依赖性酶表达谱扭曲：这些细胞系带入的组成性KP酶活性模式与原发性成熟脑细胞显著不同，且这些偏差具有系特异性。细胞系的起源也与衰老相关的TRP代谢差异有关：胚胎起源的细胞在表型和功能反应上不同于人成年脑来源的细胞。大鼠研究证实，衰老脑KP活性发生协调变化，包括TRP水平和TDO活性下降、QPRT活性降低，同时IDO活性和KYN、KYNA、QUIN、PIC积累增加。主要永生化及肿瘤细胞系的优势和局限性总结于表2。
在用于模拟神经元过程的KP研究中，神经母细胞瘤系SK-N-SH及其亚克隆SH-SY5Y值得特别关注。SK-N-SH于1970年从一名4岁女性癌症患者的转移性骨髓活检中建立，SH-SY5Y是SK-N-SH的三次克隆亚系。IFN-γ刺激的SK-N-SH细胞表达IDO、TDO、KYNU、KAT-II和KMO，未经刺激的SK-N-SH无IDO表达。该系内存在两种主要细胞亚型：神经母细胞型（N型）和上皮样基质贴壁型（S型），偶尔有中间型（I型）。N型细胞阳性表达酪氨酸羟化酶（TH）和多巴胺-β-羟化酶，而S型细胞缺乏这些特征。SH-SY5Y富含N型细胞，是体外研究神经元过程最常用的肿瘤衍生模型，尤其在帕金森病背景下。使用视黄酸（RA）分化方案可将SH-SY5Y向胆碱能神经元表型（最可能是皮层身份）引导，其转录组特征接近新皮层脑组织。添加其他分化剂可产生不同神经元表型和生化改变。分化后的SH-SY5Y细胞伸出神经突、产生诱发动作电位和NMDA受体介导的功能电流。SH-SY5Y常用于研究外源KP代谢物暴露对生理生化参数的影响：低浓度QUIN（50–150 nM）以NMDA受体非依赖方式诱导神经突生长，而超生理浓度（>4 mM）通过升高ROS、降低神经突密度和诱导凋亡发挥神经毒性，可能归因于NR2B亚基过度激活。近生理浓度的3-HK不引起明显神经毒性，但观察到线粒体碎片化和线粒体数量增加；超生理水平的3-HK与ROS诱导凋亡相关。一个关键实践问题是表型漂移：随着传代次数增加，SH-SY5Y培养物倾向于富集S型细胞，这导致文献中可重复性担忧。此外，SK-N-SH和SH-SY5Y中戊二酸分支的活性仍不确定：亲代SK-N-SH中几乎不存在ACMSD，不产生吡啶甲酸，使TRP代谢偏向QUIN产生；而SH-SY5Y分化后吡啶甲酸水平升高，提示存在基础ACMSD表达，这一差异可能源于亚型或分析方法敏感度不同。
在文献中，各种胶质母细胞瘤和星形细胞瘤细胞系用于模拟星形胶质细胞过程。A172细胞系（1972年建立于53岁男性胶质母细胞瘤患者）高表达并具有高KMO活性，组成性表达IDO1、IDO2和TDO，在经典胶质瘤细胞系中与原发性星形胶质细胞差异最大，但便于研究KP酶的药理学调节。A172因组成性高TDO表达产生较多KYN，且不受IFN-γ影响。U87-MG细胞系（1966年于乌普萨拉大学从44岁女性患者获取，1982年存于ATCC）显示最低KMO表达，组成性TDO表达，无基础IDO1或IDO2表达，最接近原发性星形胶质细胞。TDO驱动的犬尿氨酸积累通过AhR/AKT/CREB轴促进U87-MG增殖和侵袭。缺氧通过HIF-1α可逆地抑制TDO。IFN-γ诱导IDO1表达，促进KYN释放，同时增强AhR表达和核转位。U87-MG模型中，KYN-AhR轴激活增强胶质瘤侵袭；KYNU抑制可阻断补体激活、引发细胞应激反应并损害细胞活力。在某些研究中，A172和U87-MG被平行使用：两者均表达QPRT（与原发性星形胶质细胞不同），提示胶质瘤细胞优先使用喹啉酸依赖而非烟酸依赖的NAD
+补救途径；两者均缺乏3-HAO表达，意味着瘤内QUIN充足依赖于小胶质细胞旁分泌（以肿瘤细胞分泌的KYN交换）。
人小胶质细胞克隆3（HMC3）细胞系于1995年通过SV40依赖性永生化建立，2018年进行全面表征。在ATCC认证前，该培养物在不同实验室曾以CHME3和CHME-5名称使用，且有证据显示CHME-5与大鼠胶质母细胞瘤细胞交叉污染。在KP研究中，HMC3常用于AD相关病理过程。IFN-γ处理显著激活KP，降低TRP水平并增加KYN、KYNA、AA和3-HAA浓度；LPS处理不诱导KP激活。3-HK促进HMC3细胞衰老，刺激IL-6分泌并增加衰老标记物p21、p19和β-半乳糖苷酶活性。3-HK通过线粒体途径诱导浓度依赖性细胞焦亡，释放IL-1β。然而，转录组分析显示HMC3更接近星形胶质细胞表达谱，与原发性小胶质细胞相比，HMC3表型类似人周细胞，不阳性表达Iba1、CD45和PU.1，而表达血管壁细胞标记物（PDGFRβ和NG2），因此使用该模型外推至小胶质细胞时应谨慎。
鼠小胶质细胞系BV2（1990年从v-raf/v-myc逆转录病毒感染的C57BL/6新生小鼠原代小胶质细胞建立）是另一广泛使用的体外神经炎症和KP研究模型。LPS刺激BV2可诱导IDO1和KMO表达及KYN升高。17β-雌二醇通过ERβ减弱LPS诱导的IDO1上调。然而，比较基因表达谱研究显示BV2缺乏LPS诱导的炎症特异性小胶质细胞转录组特征。在BV2中，miR-132过表达降低QUIN水平而不改变小胶质细胞活化状态；Aβ刺激增加QUIN并激活小胶质细胞，高水平QUIN通过抑制线粒体溶酶体形成损害线粒体自噬，导致线粒体功能障碍和衰老；KYNA共处理降低促炎细胞因子TNF-α、IL-6和Aβ吞噬作用。IDO1抑制降低BV2细胞大小、丝状伪足延伸、液体摄取和吞噬活性，同时增加IL-1β分泌并抑制NLRP3表达。O
3暴露在QUIN处理条件下增强BV2活力而不诱导氧化/亚硝化应激或DNA损伤。IDO1抑制剂（1-MT、小檗碱）显著减弱BV2中QUIN分泌并在共培养中完全阻断少突胶质细胞凋亡。从IFN-γ预处理的BV2细胞获得的条件培养液减弱大鼠原代皮层神经元的神经突生长和分支复杂性。然而，人鼠种间KP表达差异可能大于预期：两种鼠条件永生化少突胶质细胞系（成熟度不同）不仅彼此KP表达谱不同，而且与人少突胶质细胞在关键调节方面显著不同——两者均组成性表达TDO并在IFN-γ刺激下上调其mRNA，而人少突胶质细胞无此反应。但种属差异可能部分源于细胞系的条件永生化状态。
6. 干细胞衍生模型
诱导多能干细胞（iPSC）和人胚胎干细胞（hESC）衍生的细胞模型及类器官与组织培养系统具有更高相似性，因此因转化潜力而被优先选择。iPSC模型可用于高通量筛选候选治疗药物。然而，尽管干细胞衍生脑模型可及性增加，其仍相对劳动密集且昂贵，在KP研究中使用频率较低。关键发现包括AD和精神分裂症相关结果。未分化的hESC和iPSC表达关键KP酶（包括限速酶IDO1/2和TDO），其活性与KYN产生和释放相关。KYN作为旁分泌信号通过激活AhR维持干细胞未分化状态，KYN-AhR复合物进一步促进IDO1和AhR表达形成正反馈。KAT II激活和KYN水平下降是分化标志。分化状态和患者特异性特征影响iPSC衍生神经元（iNeuron）、星形胶质细胞（iAstrocyte）和小胶质细胞（iMicroglia）的KP活性。来自晚期AD患者的iAstrocyte显示KYN升高和葡萄糖代谢降低，IDO1抑制可恢复。精神分裂症患者iNeuron（携带NRXN1杂合缺失）中报告KAT III表达增加。iMicroglia自2016年才可获得，其分化方案已快速扩展，但单培养iMicroglia倾向呈现阿米巴样形态和自发活化，需神经元和星形胶质细胞信号维持身份和形态。在精神分裂症患者来源的先天发育小胶质细胞背侧前脑类器官模型中，内源KYNA产生释放显著降低小胶质细胞对突触结构的摄取。在鼠脑类器官模型中，微塑料暴露升高KYN和3-HK水平，通过KP失调促进神经毒性。类器官技术与CRISPR/Cas9基因组编辑的整合进一步推动了iPSC在神经退行性疾病研究中的应用。使用动物iPSC衍生模型时需考虑种间差异：鼠和人iPSC系统对LPS的时间转录组反应显著不同。
7. 器官型脑切片培养和离体制备
器官型脑切片培养（OBSCs）和死后脑切片代表生理相关的三维脑模型。OBSCs保留所有主要CNS细胞群，可从不同脑区制备，包括与神经退行过程相关的区域。该模型适合研究KP，因其保留了维持代谢物平衡所需的细胞间相互作用。这些培养物在三至六周内保持三维细胞结构、细胞间连接、组织特异性运输和扩散过程以及神经元功能活性。限制包括缺乏功能性血管系统和血脑屏障、轴突切断、评估单个非神经元细胞群体贡献的能力有限，以及研究间方法差异较大。死后人OBSCs是最具代表性但有限的模型，在未进行实验操纵的条件下研究KP，保留原生组织结构。OBSCs适于细胞类型特异性和区域特异性KP酶活性的比较研究，结合神经病理条件下不同脑区KP代谢物水平数据，可设计靶向药理学调节实验。对神经精神及神经退行性疾病患者死后样本的分析显示：亨廷顿病中新纹状体和皮层3-HK和QUIN水平升高；精神分裂症中KYN/TRP比值升高、KYNA水平升高以及KYNA/QUIN比值与炎症反应严重度相关。KMO抑制减弱海马切片中缺血后神经元死亡。AD人脑海马切片中TDO、QUIN和Aβ神经原纤维缠结共定位。然而，人器官型切片的使用受伦理审批限制。动物脑组织更易获取，但区域特异性KP酶活性仍不完全清楚。鼠OBSCs中KAT II免疫反应性主要限于胞体，胶质细胞呈核周分布，神经元中部分延伸至树突区。大鼠OBSCs数据显示KAT II主要定位于星形胶质细胞，神经元或小胶质细胞几乎检测不到，这使得大鼠切片成为研究KP在人神经疾病中背景下的不理想模型。可利用动物器官型切片进行KP前调节实验。在大鼠中缝背核器官型切片中，IFN-γ降低细胞活力并直接在神经元中增加IDO表达（而非仅在小胶质细胞和星形胶质细胞）。动物切片模型允许研究年龄依赖性KP功能动态，包括产前与产后差异以及母体代谢物对胎儿KP的影响。鼠OBSCs中，产前因KMO低表达和KAT I贡献较大而呈现神经保护分支（KYNA）优势，产后出现更平衡的KP代谢。另一项研究显示，孕期喂食KYN浓缩饲料的母鼠所生子代小鼠冠状脑切片离体记录显示对侧反应潜伏期延长，表明白质功能受损。此外，常用基因敲除动物的脑切片验证药理学实验结果。使用OBSCs时需考虑切片制备本身引起的KP活性改变，包括死后生化变化和CNS细胞对机械损伤的适应性结构功能反应，其中许多通过KP介导。
8. 未来展望和研究方向
实现KP靶向干预的治疗潜力需要可重复且充分表征的实验平台，其互补使用可补偿每类模型固有的局限性。iPSC和hESC衍生模型兴趣的快速增长及其可及性和方法学成熟度预计将显著推进对KP在神经疾病发病中关键作用的理解。最近描述的iPSC衍生三培养系统成功重现从稳态到神经炎症状态的转变，揭示小胶质细胞、星形胶质细胞和神经元在神经炎症中的动态相互作用，是解析KP调控分子机制的理想平台。在永生化细胞模型中，PC12细胞系作为潜在有价值但未充分利用的KP研究系统，源自大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤，未分化状态具有嗜铬细胞特性并合成儿茶酚胺（主要为多巴胺和去甲肾上腺素），神经生长因子（NGF）处理后分化为类神经元细胞。分化后的PC12延伸神经突、表达神经元标记物、具有电兴奋性，广泛用于神经退行、凋亡和神经毒性研究。皮质酮诱导的PC12代谢变化模拟抑郁症病理生理学部分特征。然而，PC12中KP活性数据稀缺：高效液相色谱（HPLC）分析确认了PC12上清液中活性TRP分解和KP代谢物（包括KYNA和QUIN）的存在，IFN-γ刺激增加IDO活性。但该细胞系的大鼠起源及种间KP调节差异限制了其转化适用性。尽管人少突胶质细胞培养有限，但可利用啮齿动物原代小胶质细胞模型和少突胶质细胞系OLN-93（源自大鼠脑胶质原代培养中自发转化细胞）部分弥补KP活性数据不足；OLN-93保留KAT I和KAT II亚型表达，能从外源KYN合成KYNA。值得特别关注的是最近一项研究，建立了包含所有讨论细胞培养系统（原代人星形胶质细胞、U87-MG和HMC3细胞系）的三维胶质母细胞瘤球体模型。该模型展示结构稳定性，重现胶质母细胞瘤标志性特征（胶质细胞依赖性生长、侵袭和紧密性及限制细胞间穿透的物理屏障）。星形胶质细胞和小胶质细胞的掺入诱导IDO1、PTGES2和PDL1表达显著上调，表明胶质母细胞瘤基质激活和免疫抑制能力获得，随后得到NK-92细胞细胞毒性抑制的验证。该模型有望阐明胶质母细胞瘤中KP激活介导的交互细胞间相互作用，并用于更忠实地重现肿瘤微环境复杂性的条件下对KP靶向抑制剂进行高通量筛选。
除模型特异性局限性外，KP数据解释还受到一般分析可变来源的限制。基因表达分析中，总RNA在逆转录前是否经DNase处理显著影响结果：省略该步骤可能因引物缺乏严格mRNA特异性而出现基因组DNA假阳性产物，而包含该步骤则增加样品处理步骤，存在RNA降解或损失风险。qPCR引物对的选择也导致研究间不一致，引物对可变剪接敏感性、扩增变体数量、依赖RNA完整性的扩增效率以及不同商业逆转录和qPCR试剂盒组合的扩增效率差异。基于HPLC的KP代谢物定量同样受实验室间变异影响，已发表方法在检测灵敏度和样品制备程序上差异显著。此外，包括本研究综述的细胞模型在内的大部分文献仅限于少数KP节点，最常见的是IDO、TDO、KMO和KAT酶以及KYN、KYNA和QUIN代谢物，尽管当代分析平台具备更广泛的分析能力。分析方法学变异——涵盖RNA样品制备方案、qPCR引物选择、HPLC代谢物定量灵敏度和所测代谢物广度——共同导致KP数据的实验室间差异，进一步加剧模型特异性局限性。方法学标准化（包括分析方案协调以及从限制性代谢物集靶向分析转向整合代谢组、转录组和功能读出的全面通路评估）是提高本综述所涉哺乳动物细胞模型系统结果可重复性和转化潜力的前提条件。
尽管对KP兴趣增长且存在多样实验模型，其在神经精神及神经退行性疾病发病机理中的作用仍未被充分理解，尤其在罕见病背景下。值得注意的是，目前缺乏关于戊二酸尿症I型（由戊二酰辅酶A脱氢酶GCDH缺陷引起）中KP活性或代谢物水平的数据，尽管有假说认为其神经退行可能源于戊二酸途径阻断导致代谢转向QUIN产生。这一空白很可能在最近通过GCDH敲除细胞系和GCDH
-/-小鼠模型的发展得到填补。对溶酶体贮积症（如克拉伯病、异染性脑白质营养不良、C型尼曼-匹克病、门克斯病）的现有综述强调了伴随这些疾病的神经炎症和/或神经退行，尽管其遗传基础明确，但KP在发病中的作用尚未被研究。未来研究还应解决犬尿氨酸通路与其他代谢整合免疫调节系统（特别是多胺代谢）的相互作用。犬尿氨酸和多胺均调节神经炎症反应、氧化还原稳态、线粒体活性和胶质细胞功能，同时参与AhR介导的免疫调节。此外，多胺依赖性过程（如亚精胺介导的eIF5A hypusination）可能是与KP激活诱导的细胞反应相关的翻译和代谢控制的附加层面。更精确地定义这些相互作用可能增进对代谢应激程序如何导致神经元脆弱性和神经退行的理解。
9. 结论
哺乳动物来源的细胞模型已确立KP作为神经和神经精神疾病因果贡献者（而非仅仅相关）的地位。综合本综述证据，存在汇聚性和疾病特异性机制。QUIN介导的兴奋性毒性、线粒体功能障碍和NAD
+补救受损在阿尔茨海默病、亨廷顿病和肌萎缩侧索硬化症模型中（从原代神经元和星形胶质细胞到死后组织）作为共享机制轴反复出现。相反，KYNA呈现背景依赖性双重性：在帕金森病模型中神经保护性对抗多巴胺能细胞死亡，而在精神分裂症衍生的iPSC和类器官系统中与过度小胶质细胞突触修剪有关——强调单一代谢物不能在不同疾病中被赋予统一的致病或保护作用。胶质细胞活化（BV2、原代小胶质细胞、死后小胶质细胞）在AD、重度抑郁障碍（MDD）、多发性硬化和肌萎缩侧索硬化症中作为IDO1/TDO2诱导和下游QUIN/KYN积累的常见上游驱动因素出现，而肿瘤衍生模型（U87-MG、A172）则揭示独特的QPRT依赖的NAD
+补救策略，通过KYN-AhR轴支持胶质母细胞瘤侵袭而非经典神经退行兴奋性毒性。表3总结了本综述中哺乳动物细胞模型表征的各种神经病理条件下KP的特征。
目前没有模型系统能同时结合生理保真度、机制可操作性和可扩展性。原代培养最接近天然KP酶表达，但受限于供体/组织可用性、有限增殖能力和显著种内/种间变异；永生化及肿瘤细胞系提供可重复性和遗传可操作性，但通常在基础酶表达上偏离原代细胞（如胶质瘤系中组成性TDO活性和改变的KMO/IDO谱），且某些情况下来源不确定（如U87-MG）；干细胞衍生模型提供患者特异性和发育相关读数，但仍相对昂贵且利用不足；器官型切片培养保留原生组织结构，但牺牲通量和人组织可用性。值得注意的是，鼠源原代和永生化系统比大鼠对应物更忠实地重现人样IFN-γ驱动的IDO诱导和QUIN产生，后者在免疫攻击时不能上调IDO和TDO——这一种属差异应指导未来研究的模型选择。几个已展示但未被充分利用的潜在系统——包括PC12和OLN-93细胞系、最近描述的iPSC衍生三培养和胶质母细胞瘤球体平台——值得进一步验证和更广泛应用。
除模型特异性限制外，本综述所有系统中KP参与神经病理的解释仍受限于狭窄的通路节点面板（IDO、TDO、KMO、KAT；KYN、KYNA、QUIN）和显著实验室间变异，包括RNA处理、qPCR引物设计和HPLC代谢物定量的差异。此外，尽管现有模型广泛，但KP在几个遗传定义明确的CNS疾病（包括戊二酸尿症I型和上述溶酶体贮积症）中完全未被探索——这一空白很可能归因于疾病罕见性而非现有建模方法的内在不适配。解决这些限制需要互补模型系统的联合使用、疾病特异性平台（如GCDH缺陷细胞系）的开发，以及从靶向分析转向本综述讨论的细胞模型上标准化、整合的多组学KP表征。
