(一)发病原因
当细菌等异物进入机体时最初的防御机制是非特异性免疫。在正常情况下吞噬细胞受到生理刺激(即吞噬作用)后,细胞内的还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸( nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)氧化酶复合物可将电子从NADPH转移至分子氧,从而快速地产生超氧阴离子而发生“呼吸爆发”。可是,由于CGD患儿存在着NADPH氧化酶的某些成分缺失或减少,不能有效地产生具有杀菌活性的超氧阴离子及其代谢产物,如过氧化氢、氢氧根离子和次氯酸等,从而吞噬细胞无法产生“呼吸爆发”。
1.CYBB基因 CYBB基因编码细胞色素b558的gp91phox亚基的基因，位于X染色体的短臂(Xp21.1)，包含13个外显子，p91phox的细胞外区能与血红素结合并与p22phox相互作用，细胞内亲水区包含了NAPDH结合位点。IFN-γ促进CYBB基因转录。表达于髓系统，在系膜细胞和B细胞也有低表达。CYBB基因突变引起65%的CGD，除基因转换外，其他突变包括缺失(从单个核苷酸到500个核苷酸)、插入(常为小片段插入)、单个核苷酸替换，包括拼接部位突变导致mRNA转录终止、错义突变所致单个氨基酸替换、无义突变(CpG→TG)引起CGA→TGA，导致转录过早终止。CYBB基因突变通常为杂合子。
2.CYBA基因 CYBA基因编码p22phox分子定位于16q24，包含6个外显子，其螺旋性厌水区可能定位于跨膜区，其中脯氨酸丰富区与p22phox分子结合。CYBA基因mRNA表达于所有的细胞，但p22phox蛋白质仅表达于髓系统。CYBA基因突变引起细胞色素b558的p22phox亚基无活性，包括缺失、插入、拼接部位突变和错义突变，占CGD的5%。CYBA基因突变性CGD病儿均为突变的同型合子。
3.NCF1基因 NCF1基因编码p47phox分子，定位于7q11.23包含11个外显子，9个丝氨酸磷酸化位点，一个SH3功能区和脯氨酸丰富区。IFN-γ能促进NCF1基因转录。表达于髓系统和B细胞。25%的CGD为NCF1基因突变，使p47phox缺失。主要为CT二核苷酸缺失，热点在73～74位和75～76位。也有502位点G缺失的病例。20例CGD患儿p22phoxmRNA水平正常，但不能检测到p22phox蛋白。
4.NCF2基因 NCF2基因编码p67phox分子定位于1q25，长度为40kb，包含16个外显子，一个SH3功能区。表达于髓系统和其他造血细胞。5%的CGD为NCF2基因突变，导致p67phox的缺陷。突变包括缺失(从3个核苷酸到10个核苷酸)，错义突变(233位G→A和1183位C→T替换)，无义突变(304位C→T替换)，拼接部位突变(内含子3，4，9gt→at/ac)和插入(397位A或399位G之后插入AG)。
(二)发病机制
正常粒细胞对细菌吞噬，脱颗粒产生过氧化氢，并在吞噬细菌后释放新生态氧，使碘、氯化合物氧化为游离的碘和氯，形成完整的过氧化氢-过氧化物酶-碘离子杀菌系统。本病由于缺乏NAPDH氧化酶，不能产生过氧化氢，以至于对不能产生过氧化氢的细菌如金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、克雷伯杆菌、E组大肠杆菌、黏质沙雷菌等的杀菌功能，但对能产生过氧化氢的链球菌、肺炎球菌仍有杀灭作用。总之，是有粒细胞内过氧化物杀菌力缺乏而造成的疾病。
NAPDH氧化酶由4个亚基组成，两个亚基系细胞膜上的细胞色素b558，分别为91kD和22kD的蛋白质，称之为gp91phox和p22phox。另外两个亚基为细胞浆蛋白，分子量为47kD和67kD，称为p47phox和p67phox。
NADPH的细胞色素b558亚单位gp91phox和p22phox由gp91phox的20个氨基酸残基将二者隔离，使得NADPH氧化酶不能与其底物NADPH接触。当细胞活化时，胞浆内NADPH氧化酶成分p47phox/P67转移到细胞色素b558亚单位gp91phox和p22phox上，改变了gp91phox的构象，移除了20个氨基酸残基，使NADPH能够与gp91phox结合，并释放电子，发生氧化作用。
CYBB，CYBA，NCF2和NCF1基因突变，分别使NAPDH氧化酶的gp91phox、p22phox、p67phox和p47phox亚基缺陷。这4个组成部分任何一个缺陷都可造成NADPH。氧化酶活性缺陷，不能产生超氧化物和其他反应性氧离子。严重损害了杀伤被吞噬细胞所吞噬的微生物的能力，出现CGD的临床表现。
女性杂合子携带者可产生中等量的细胞色素b558以及超氧化物，四唑氮蓝(NBT)试验50%阳性。p47phox突变的临床表现较gp91phox和p22phox/p67phox突变为轻，发病的年龄也较晚。病儿的NAPDH氧化酶活性介于正常的5%～25%之间，少数仅为正常的2%～5%，中性粒细胞只产生微量的超氧化物及NBT试验弱阳性。