Neurological dysfunction, seizures and brain atrophy occur in a broad spectrum of acute and chronic neurological diseases. In certain instances, over-stimulation of N-methyl-D-aspartate receptors has been implicated Quinolinic acid (QUIN) is an endogenous N-methyl-D-aspartate receptor agonist synthesized from L-tryptophan via the kynurenine pathway and thereby has the potential of mediating N-methyl-D-aspartate neuronal damage and dysfunction. Conversely, the related metabolite, kynurenic acid, is an antagonist of N-methyl-D-aspartate receptors and could modulate the neurotoxic effects of QUIN as well as disrupt excitatory amino acid neurotransmission In the present study, markedly increased concentrations of QUIN were found in both lumbar cerebrospinal fluid (CSF) and post-mortem brain tissue of patients with inflammatory diseases (bacterial, viral, fungal and parasitic infections, meningitis, autoimmune diseases and septicaemia) independent of breakdown of the blood-brain barrier. The concentrations of kynurenic acid were also increased, but generally to a lesser degree than the increases in QUIN. In contrast, no increases in CSF QUIN were found in chronic neurodegenerative disorders, depression or myoclonic seizure disorders, while CSF kynurenic acid concentrations were significantly lower in Huntington's disease and Alzheimer's disease. In inflammatory disease patients, proportional increases in CSF L-kynurenine and reduced L-tryptophan accompanied the increases in CSF QUIN and kynurenic acid. These responses are consistent with induction of indoleamine-2,3-dioxygenase, the first enzyme of the kynurenine pathway which converts L-tryptophan to kynurenic acid and QUIN Indeed, increases in both indoleamine-2,3-dioxygenase activity and QUIN concentrations were observed in the cerebral cortex of macaques infected with retrovirus, particularly those with local inflammatory lesions. Correlations between CSF QUIN, kynurenic acid and L-kynurenine with markers of immune stimulation (neopterin, white blood cell counts and lgG levels) indicate a relationship between accelerated kynurenine pathway metabolism and the degree of intracerebral immune stimulation. We conclude that inflammatory diseases are associated with accumulation of QUIN, kynurenic acid and L-kynurenine within the central nervous system, but that the available data do not support a role for QUIN in the aetiology of Huntington's disease or Alzheimer’s disease In conjunction with our previous reports that CSF QUIN concentrations are correlated to objective measures of neuropsychological deficits in HIV-1-infected patients, we hypothesize that QUIN and kynurenic acid are mediators of neuronal dysfunction and nerve cell death in inflammatory diseases. Therefore, strategies to attenuate the neurological effects of kynurenine pathway metabolites or attenuate the rate of their synthesis offer new approaches to therapy.

Abstract Quinolinic acid is an “excitotoxic” metabolite and an agonist of N ‐methyl‐ D ‐aspartate receptors. Of patients infected with human immunodeficiency virus type 1 (HIV‐1) who were neurologically normal or exhibited only equivocal and subclinical signs of the acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) dementia complex, concentrations of quinolinic acid in cerebrospinal fluid (CSF) were increased twofold in patients in the early stages of disease (Walter Reed stages 1 and 2) and averaged 3.8 times above normal in later‐stage patients (Walter Reed stages 4 through 6). However, in patients with either clinically overt AIDS dementia complex, aseptic meningitis, opportunistic infections, or neoplasms, CSF levels were elevated over 20‐fold and generally paralleled the severity of cognitive and motor dysfunction. CSF concentrations of quinolinic acid were significantly correlated to the severity of the neuropsychological deficits. After treatment of AIDS dementia complex with zidovudine and treatment of the opportunistic infections with specific antimicrobial therapies, CSF levels of quinolinic acid decreased in parallel with clinical neurological improvement. By analysis of the relationship between levels of quinolinic acid in the CSF and serum and integrity of the blood‐brain barrier, as measured by the CSF: serum albumin ratio, it appears that CSF levels of quinolinic acid may be derived predominantly from intracerebral sources and perhaps from the serum. While quinolinic acid may be another “marker” of host‐ and virus‐mediated events in the brain, the established excitotoxic effects of quinolinic acid and the magnitude of the increases in CSF levels of the acid raise the possibility that quinolinic acid plays a direct role in the pathogenesis of brain dysfunction associated with HIV‐1 infection.