MPTP本身并没有毒性,仅仅是一种能通过血脑屏障的普通脂溶性有机化合物。但是,当MPTP进入大脑之后,会被神经胶质细胞产生的单胺氧化酶B(MonoamineoxidaseB)代谢成有毒的阳离子MPP+(1-甲基-4-苯基吡啶)。
MPP+能够杀死大脑中黑质致密部(parscompacta)产生多巴胺的神经细胞。 同时,MPP+还能干扰线粒体代谢中的呼吸链里一种重要物质NADH脱氢酶,从而导致细胞死亡和能够进一步破坏细胞的自由基的积蓄。
因为MPTP的毒性作用并不来自于物质本身,通过单胺氧化酶抑制剂(Monoamineoxidaseinhibitor)(如司来吉兰(Selegiline))给药能够缓解MPTP急性中毒的症状。 单胺氧化酶抑制剂(MAOIs)能够有效抑制单胺氧化酶B的活性,从而阻止MPTP转化为MPP+,防止神经的坏死,使毒性降到最低。
MPP+在引发产生多巴胺神经细胞死亡上具有高度的选择性。一般来说它被认为是通过一个在神经末梢中进行具有高度亲和力的吸收过程而被吸收的,而这个吸收过程正常情况下是用来重摄取(reuptake)被释放到突触的多巴胺。
多巴胺转运蛋白(Dopaminetransporter)在这个过程中将MPP+转运至细胞中。由MPTP引起的产生多巴胺的神经细胞大量死亡对皮质对运动能力的控制有严重的影响。
复杂运动的控制是由黑质将神经信号传给大脑中的壳核(Putamen)和尾状核(caudatenucleus),再由这两个结构将信号发送给大脑的其余部分的。 产生多巴胺的神经细胞负责控制这个过程,因此当MPTP选择性地破坏这些细胞的时候,身体进行复杂运动的能力被损害,导致类似帕金森病的症状发作。
MPTP能够使包括人类在内的灵长类动物患上帕金森氏症,然而啮齿类动物则远没有那么容易受影响。大鼠几乎完全免疫于MPTP的毒性。 对于小鼠,人们曾认为MPTP只会导致大脑黑质细胞的损伤(不同种的小鼠受损伤的程度不同),但最近的大部分
研究显示MPTP可以在小鼠中引起类帕金森病的症状(尤其是慢性的)。
研究者认为该现象的原因可能是由于啮齿类动物大脑毛细血管中单胺氧化酶B的低含量。