(一)发病原因
巨幼细胞性贫血的病因主要是由于叶酸和(或)维生素B12缺乏。
1.叶酸缺乏的原因
(1)摄入量不足：如食物中缺少新鲜蔬菜，过度烹煮或腌制食物可使叶酸丢失。乙醇可干扰叶酸的代谢，酗酒者常会有叶酸缺乏。小肠(尤其是空肠段)炎症、肿瘤手术切除后，热带口炎性腹泻均可导致叶酸的吸收不足。
(2)需要量增加：妊娠、哺乳、慢性反复溶血、慢性炎症、感染、甲状腺功能亢进症及白血病、恶性肿瘤等，叶酸的需要量都会增加，如补充不足就会发生叶酸缺乏。
(3)药物：甲氨蝶呤、乙胺嘧啶、苯妥英钠、苯巴比妥及柳氮磺吡啶等均可影响叶酸的吸收。
2.维生素B12缺乏的原因 维生素B12的缺乏多与胃肠道疾病或功能紊乱有关。①摄入减少：绝对素食者和老年人、萎缩性胃炎容易有维生素B12摄入减少。由于维生素B12每天的需要量极少且可由肠肝循环再吸收，维生素B12缺乏的发生常需若干年后才出现。故由于膳食中摄入不足而致贫血者较叶酸为少。②内因子缺乏：主要见于恶性贫血患者和全胃切除术后。恶性贫血患者有特发性胃黏膜萎缩和内因子抗体存在，对食物中的维生素B12及胆汁中维生素B12的重吸收均有障碍，故易导致维生素B12缺乏。③回肠疾病或细菌、寄生虫感染、外科手术后的盲襻综合征等均可影响维生素B12的吸收。④其他：如先天性转钴蛋白Ⅱ缺乏、长期接触氧化亚氮(N2O)均可影响维生素B12的血浆转运和细胞内的转变、利用。
(二)发病机制
叶酸和维生素B12都有DNA合成过程中的重要辅酶，如果缺乏，会导致DNA合成障碍。在脱氧尿嘧啶核苷(Dump)转变成脱氧胸腺嘧啶核苷(Dtmp)时，需要亚甲基四氢叶酸提供1个亚甲基和2个氢原子。如果叶酸缺乏，会影响上述生化反应的进行，影响DNA的合成。
维生素B12在使高半胱氨酸转变成甲硫氨酸的过程中，促使甲基四氢叶酸去甲基，转变成四氢叶酸、亚甲基四氢叶酸，还可促使甲基四氢叶酸进入细胞内。四氢叶酸是叶酸参与体内各种生化活动的主要形式。亚甲基四氢叶酸是DNA合成过程中的重要辅酶。故维生素B12缺乏直接影响叶酸进入细胞和各种生化反应。
维生素B12的第2个作用是：腺苷钴胺能使甲基丙二酰辅酶A转变成琥珀酰辅酶A。如果维生素B12缺乏，大量的丙二酰辅酶A堆积，影响神经髓鞘形成，出现神经系统症状。当叶酸或维生素B12缺乏时，细胞核中的DNA合成速度减慢，胞质内的RNA仍继续成熟，RNA与DNA的比例失调，造成细胞核浆发育不平衡，细胞体积大而核发育较幼稚。这种巨幼变也可发生在粒细胞和巨核细胞。巨幼变的细胞大部分在骨髓内未成熟就被破坏，称为无效造血。
1.叶酸的代谢 叶酸亦称蝶酰谷氨酸，是由蝶啶、对氨基苯甲酸和谷氨酸组成。属水溶性B族维生素，其性质极不稳定，容易被光及热分解破坏。人体必须从食物中获得所需的叶酸。食物中的叶酸为多谷氨酸盐与蝶酰结合的化合物，溶解度较低，需先经小肠分泌的谷氨酰胺羧基肽酶分解为单谷氨酸盐后，才能在空肠近端被吸收。人工合成的叶酸约80%可被吸收。叶酸在空肠吸收的过程中转变为N5-甲基四氢叶酸，通过维生素B12的作用，去甲基后成为四氢叶酸进入细胞内。单谷氨酸的四氢叶酸通过ATP合成酶的作用，再形成多谷氨酸盐，在肝细胞内贮存。人体内叶酸的贮存量为5～10mg，每天叶酸的需要量为200µg。故当食物中叶酸缺乏时，短时间极易导致叶酸缺乏。叶酸及其代谢产物主要是从尿中排泄，胆汁及粪便中可有少量叶酸排出。胆汁中的叶酸浓度为血液中的2～10倍。排出后大部分可由空肠再吸收。
2.维生素B12的代谢 维生素B12又名氰钴胺，亦属水溶性B族维生素，维生素B12在血液中的主要形式是甲基钴胺，在肝脏及其他组织内主要以腺苷钴胺的形式存在。人体维生素B12的来源亦靠食物。动物的肝、肾、心、肌肉组织及蛋类、乳制品中维生素B12含量丰富。食物中维生素B12在胃内先与R-蛋白结合，到十二指肠后，在胰蛋白酶的参与下，与胃壁细胞分泌的内因子结合成维生素B12-内因子复合体，在回肠末端进入肠上皮细胞。由转钴蛋白Ⅱ转送到各组织，大部分贮存在肝细胞内。成年人体内有4～5mg的维生素B12，每天的需要量仅为2～5µg。每天由尿中排除的维生素B12约为30ng。大量摄入维生素B12时，由尿中排出的量增多。在泪液、唾液及乳汁中会有少量维生素B12排出。少量维生素B12由胆汁排出，其中2/3由内因子自肠中再吸收。故除非是绝对的素食者或维生素B12吸收有障碍者，一般不容易发生维生素B12缺乏症。