Szlak kynureninowy jest głównym niebiałkowym szlakiem katabolizmu tryptofanu prowadzącym do powstania neuroaktywnych metabolitów w ośrodkowym układzie nerwowym. Rozpoczyna go oksydacyjne rozerwanie pierścienia indolowego tryptofanu, co prowadzi do powstania nietrwałego produktu przejściowego – N-formyl-L-kynureniny, która ulega następnie przekształceniu w L-kynureninę (KYN). Udział KYN w rozwoju i progresji wielu chorób ośrodkowego układu nerwowego zaczęto brać pod uwagę, ponieważ kilka produktów przejściowych jej metabolizmu okazało się modulatorami receptorów nikotynowych, receptorów dla glutaminianu (NMDA), odpowiedzi zapalnej i stresu oksydacyjnego.

Jednym z produktów dalszego metabolizmu KYN jest kwas kynureninowy (KYNA), któremu przypisywane są właściwości neuroprotekcyjne. KYNA jest dobrze znanym antagonistą receptora nikotynowego oraz receptora NMDA. Największe zagęszczenie receptorów NMDA wykazano m.in. w korze mózgowej, hipokampie, prążkowiu i ciele migdałowatym. Ponadto występują one nie tylko w ośrodkowym układzie nerwowym, ale również w nadnerczach, przysadce mózgowej i szyszynce. Duże zagęszczenie tych receptorów występuje zatem w strukturach korowych i podkorowych mózgu tworzących tzw. układ limbiczny odpowiedzialny za regulację zachowań popędowych i emocjonalnych oraz w gruczołach dokrewnych tworzących układ hormonalny nazywany „osią stresu” (oś HPA). Nieco szerzej udział osi HPA w powstawaniu i progresji uzależnień został omówiony w artykule pt. „Biologiczne podstawy procesów reakcji organizmu na stres w przebiegu uzależnienia”.

Podstawowym neuroprzekaźnikiem działającym na NMDA jest kwas glutaminowy (lub glutaminian – anion karboksylowy kwasu glutaminowego, forma przeważająca w warunkach fizjologicznych), który poprzez ten receptor bierze udział w szybkiej transmisji synaptycznej. Układ glutaminergiczny łączy wiele struktur mózgowych (neurony tego układu stanowią najsilniejszą grupę w OUN), pośród których wyróżniamy m.in. szlaki eferentne z kory do wzgórza oraz jądra półleżącego i ciała migdałowatego. Są to struktury wchodzące w skład układu nagrody. Do jego aktywacji dochodzi w sytuacjach zaspokajania popędów oraz innych czynności i zachowań ocenianych jako przyjemne. Nadaktywność tego układu występuje w uzależnieniu od substancji. Warte uwagi są także projekcje glutaminergiczne z kory przedczołowej do jąder podstawy i hipokampa. Układ glutaminergiczny, łącząc te obwody mózgowe (związane z pamięcią i percepcją), zaangażowany jest w procesy zapamiętywania, uczenia się i konsolidacji śladów pamięciowych przede wszystkim w neuronalnym mechanizmie tzw. długoterminowego wzmocnienia synaptycznego. Zjawisko to zachodzi w konsekwencji wielokrotnego pobudzania neuronów przez silne impulsy, powodując intensywne wydzielanie glutaminianu z synapsy neuronu presynaptycznego do przestrzeni międzysynaptycznej. Następnie oddziałuje on z receptorami NMDA oraz AMPA, co uruchamia kaskadę reakcji przyspieszających przesyłanie impulsów nerwowych. Zjawisko to zachodzi przede wszystkim w hipokampie, gdzie utworzony ślad pamięciowy staje się bardziej czytelny.

Badania kliniczne i przedkliniczne potwierdziły, że zmiany w neuroprzekaźnictwie glutaminergicznym mają związek z zachowaniami związanymi z uzależnieniem od substancji i mogą przyczyniać się do rozwoju uzależnienia i ryzyka nawrotów. Wykazano, że są one trwałe i utrzymują się długo po wyeliminowaniu substancji z organizmu i ustąpieniu efektów jej działania. Dlatego też działanie endogennych substancji będących neuromodulatorami transmisji glutaminergicznej, do których należy kwas kynureninowy (KYNA), jest bardzo ciekawe z punktu widzenia farmakoterapii uzależnień. Badania nad rolą szlaku kynureninowego w uzależnieniu są w dalszym ciągu ograniczone, jednak coraz silniej postulowana jest rola KYNA w przeciwdziałaniu uzależniającemu działaniu narkotyków (m.in. poprzez mechanizm związany z regulacją transmisji glutaminergicznej), co czyni go potencjalnie atrakcyjnym celem farmakologicznego leczenia uzależnień.