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帕金森病的主要病理改变是黑质多巴胺能神经元大量变性丢失，尤其是黑质致密区多巴胺能神经元丢失最严重，其他部位含色素的神经元，如蓝斑、脑干的中缝核、迷走神经背核等也有较明显的丢失。 黑质多巴胺能神经元通过黑质-纹状体通路将多巴胺输送到纹状体，参与基底节的运动调节。由于帕金森病患者的黑质多巴胺能神经元显著变性丢失（50%以上），黑质-纹状体多巴胺能通路变性，纹状体多巴胺递质水平显著降低(70%以上）时则出现临床症状。多巴胺递质水平降低程度与患者临床表现的严重程度呈正相关。 纹状体中多巴胺与乙酰胆碱（ACh)两大递质系统的功能相互拮抗，两者之间的平衡对基底节运动功能起着重要调节作用。帕金森病中纹状体多巴胺水平显著降低，造成乙酰胆碱系统功能相对亢进。这种递质失衡与皮质-基底节-丘脑-皮质环路活动紊乱和肌张力增高、动作减少等运动症状的产生密切有关。中脑-边缘系统和中脑-皮质系统的多巴胺水平的显著降低是智能减退、情感障碍等髙级神经活动异常的生化基础。多巴替代治疗药物和抗胆碱能药物对帕金森病的治疗原理正是基于纠正这种递质失衡。 多巴胺的合成途径 多巴胺合成的第一步是食物中的酪氨酸的吸收，此种氨基酸在食物蛋白中的含量是丰富的。另外,食物中的苯丙氨酸既可以在肝脏中被苯丙氨酸羟化酶、又可以在多巴胺神经元内被酪氨酸羟化酶（TH）转变成酪氨酸，血源中的酪氨酸被低亲和力的氨基酸转运系统运至脑内，随后被低或高亲和力的氨基酸转运系统运送至多巴胺神经元内。一旦酪氨酸进入神经元内，在细胞质内的TH催化下，便向左旋多巴转变， 这一过程也是多巴胺合成过程中受限速酶TH调控限速的一步。多巴胺合成的第三步是细胞质内的左旋多巴在芳香族氨基酸脱羧酶(AADC)的作用下向多巴胺的转变。AADC可使左旋多巴高效脱羧，正常情况下此种氨基酸在脑内的水平是低的，而在新纹状体黑质的正常靶区 AADC的含量是丰富的。DA是上述酶反应的主要终末产 物，其它一些微量胺产物的功能尚不清楚。
多巴胺的储存释放及再吸收 在多巴胺能神经元内，神经递质的运输是从细胞质到储存囊泡，在这里其浓度约达到0.1mol，比细胞质内的浓度高 10~1 000倍，对利血平敏感的突触囊泡转运体（囊泡单胺转运蛋白2，VMAT2）与对可卡因敏感的位于多巴胺神经元外膜的浆膜转运体不同。除了末梢区域以外，树突亦能合成和释放多巴胺，在树突内多巴胺即可储存在典型的囊泡又可储存于滑面内质网。当一个动作电位到达时，膜蛋白构造的变化允许钙离子内流，这是囊泡与胞膜融合的关键刺激，通过细胞排粒作用囊泡将内容物释放入突触。多巴胺释放的程度依赖于神经元激活的频率和模式，特别是突发的激活会导致多巴胺的大量释放。 多巴胺能末梢拥有多巴胺转运体(DAT)即吸收装置，是位于中枢多巴胺能神经元突触前膜的一种膜蛋白，属于Na 、CI-依赖性膜转运体基因家族，健康人在基底节和丘脑分布最多。DAT在终止递质的作用、维持体内递质平衡中起关键作用，吸收灭活由髙亲和力的膜转运体摄取完成，依赖浓度梯度曲线直接转运多巴胺。正常情况下转运体使多巴胺循环利用，释放到突触间隙，再把多巴胺由细胞外泵回到神经末梢，通过转运体可使局部多巴胺的浓度增加100~1 000倍。在 MPTP诱导的黑质纹状体多巴胺能祌经元损伤模型中，VMAT2把细胞质内各种神经毒性物质如DA的代谢产物和MPP 转入囊泡从而起到保护细胞的作用，DAT和 VMAT2两者相互配合调节细胞质和囊泡中毒性物质的浓度。另外有证据表明，胶质细胞和非多巴胺能神经元细胞亦吸收和代谢有限的多巴胺。
多巴胺突触后受体 目前己知有6种形式的DA受体，D1型受体分为两个亚型：d1和d5；D2型分为4个亚型:d2短、d2长、d3和d4。当激活时D1受体亚型刺激腺苷酸环化酶活化，而D2受体亚型作用相反。在某种行为表达和电生理及生物化学模型中D1及D2多巴胺能受体起协同作用，但是这种相互作 用的神经解剖学基础尚不淸楚。纹状体D1受体主要在纹状体黑质投射神经元(直接通路)，而D2受体主要在纹状体苍白球神经元(间接通路)（直接间接通路详见一文搞清帕金森病基底节环路的改变）。另外在D1和D2受体联合激活的协同效应及左旋多巴治疗帕金森病效果中，起作用的因素是黑质网状部GABA神经元末梢上D1受体的存在，GABA神经元引起黑质纹状体神经元树突DA的释放。
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