(一)发病原因
遗传性高铁血红蛋白血症是由于缺乏细胞色素b5还原酶(b5R)。b5R是一种黄素蛋白。有膜结合型及可溶性两种。两种b5R是同一基因的表达产物。该基因位于22号染色体，长度31kb。现已发现b5R至少有11种变异，此外还发现5种b5R变异，其电泳行为异常，但酶活性正常，属于酶的多态性。
本病为常染色体隐性遗传，分为2型：
Ⅰ型：又称单纯红细胞型。患者自出生后即有发绀，血中MetHb含量占Hb总量的8%～50%。
Ⅱ型：又称全身型。全身各种细胞都缺乏b5R的活性，包括膜结合型及可溶性型，约占10%。此型b5R的异常与脂肪酸的破坏和延伸、胆固醇的合成及某些药物的代谢有关。
另有些病例为b5R缺乏的杂合子，其血中MetHb不增加，但当接触产生MetHb的药物时则生成比正常人高得多的MetHb。
(二)发病机制
遗传性代谢缺陷病的发病机制与其他分子病(如血红蛋白病)一样，主要是由于：①点突变使其编码合成的蛋白质(酶)一级结构改变，空间结构不稳定，易降解而导致的含量减少;②酶空间结构改变不仅影响了酶的稳定性，进而使酶活性改变或丧失;③由于点突变导致转录、拼接等错误，不能合成或合成了有较大片段缺失的酶蛋白。
蛋白质(酶)的一级结构中某个氨基酸被置换，将会影响其二级和三级结构的稳定性。实验证明，上表所列几种Ⅰ型b5R变异，都表现出热稳定性降低，于成熟红细胞已经失去了细胞核与细胞器，与其他组织细胞不同，不能再重新合成所需要的酶。因此，如果主要缺陷只是稳定性降低，则仅仅突出地表现在红细胞内b5R减少及活性减低，临床上表现为Ⅰ型MetHb血症。若将其血液离心，就会发现底层红细胞(老年红细胞)比上层年幼红细胞中b5R活性更低，MetHb含量也较高。
若b5R分子中某些关键部位的氨基酸被置换，不仅影响到酶的稳定性，而且影响其生物活性，如与底物NADH的亲和力明显减低(Km值增大)，结果就会严重地影响其催化效率，合成的是丧失了活性的酶。这样，不仅会累及红细胞，而且使各种组织细胞内的b5R活性丧失，影响了重要的物质代谢。如神经髓鞘中脑苷脂和神经节苷脂的生物合成障碍，会造成神经系统发育不良。此类变异临床表现为Ⅱ型MetHb血症。利用基因工程和定点突变技术，可以在实验室中人工合成各种突变的酶，对其生物化学特性的研究也证实凡能导致Ⅱ型MetHb血症的突变酶，催化效率都有严重丧失。
另外，如表中所列，基因突变若影响了正确地表达，如mRNA拼接错误、提前终止、大片段遗漏等，也会表现为Ⅱ型MHb血症。
