巨幼细胞贫血的发病机制主要是细胞内DNA合成障碍(血液病学 巨幼细胞贫血)
巨幼细胞贫血的发病机制主要是细胞内DNA合成障碍。叶酸缺乏直接影响胸腺核苷（dTTP）的合成，使DNA合成障碍已如前述。发生巨幼细胞改变的机制是因为叶酸缺乏时，细胞内脱氧尿嘧啶核苷（dUMP）转为脱氧胸腺嘧啶核苷（dTMP）的生化反应受阻。参加正常DNA合成的dTTP被dUTP代替。机体为了修复这些异常的DNA企图合成新的DNA片段。由于体内缺乏叶酸，仍由dUTP代替dTTP进入新的DNA。当这些异常的新的DNA被识别后，机体再次进行修复（下图）。如此反复不已，造成DNA复制的起点多，新合成的小片段不能接成长的子链，存在多处单链，在重新螺旋化时，易受机械损伤及破坏。促使染色体断裂、细胞染色质出现疏松、断裂等改变。细胞核的发育停滞，而胞质在继续发育成熟。细胞呈现核浆发育不平衡、细胞体积较正常大的巨幼型改变，称为巨幼细胞。
叶酸缺乏时巨幼细胞生成的生化示意图
维生素B12缺乏在发病机制中的作用，以及维生素B12缺乏如何阻碍叶酸在细胞DNA合成的作用，对此的解释很多。比较成熟的是1964年V.Herbert等提出的“甲基四氢叶酸陷阱学说”。他们认为在维生素B12缺乏时，同型（高）半胱氨酸转变为甲硫氨酸的过程受到阻碍，使甲基四氢叶酸不能形成四氢叶酸。亚甲基四氢叶酸的形成亦减少，间接地影响了DNA的合成（参见图23-2及图23-4），故维生素B12缺乏是间接地阻碍了DNA的合成。
巨幼细胞贫血时，骨髓内虽有各阶段的巨幼红细胞增多，仍不能对贫血起到代偿作用。这是因为巨幼细胞贫血时，细胞的DNA合成减慢，细胞停留在有丝分裂前期的细胞增多，很多巨型的幼红细胞在骨髓内未到成熟阶段即遭到破坏。铁代谢动态的研究显示为红细胞的无效应生成。红细胞的寿命是缩短的（约为正常的1/2～1/3）。血浆铁运转率比正常人高3～5倍，而幼稚红细胞对铁的摄取率不高。血清铁及转铁蛋白饱和度增高，骨髓及肝内均有铁沉积。
近年的研究提示叶酸缺乏性巨幼细胞贫血时，骨髓红系造血祖细胞形成BFU-E、CFU-E及CFUMK的数量较正常明显增多，而这些造血祖细胞分化发育至晚期成熟阶段的过程中大部分遭到了破坏，出现严重的无效造血现象。许多实验证实是叶酸缺乏时发生了细胞增殖受抑制和过度凋亡。叶酸缺乏巨型变细胞的染色质改变，使细胞增殖受抑，如果发生了广泛的DNA裂，则可能触发凋亡机制，导致细胞凋亡。与贫血的发生亦有一定的关系。
巨幼细胞贫血时粒细胞和血小板亦有减少，可能与骨髓内粒系及巨核系细胞亦有类似的DNA合成障碍和成熟障碍（无效应生成）有关。
叶酸及维生素B12缺乏时，非造血组织的细胞DNA合成亦会受到影响。对更新代谢较快的各种上皮细胞（如胃肠黏膜、口腔和阴道的黏膜细胞）影响较明显，临床上会出现一些症状。