Methotrexate通过主动转运或易化扩散进入细胞和在细胞内经过多聚谷氨酸化后,会抑制二氢叶酸还原酶和二氢叶酸转化为四氢叶酸。Methotrexate抑制嘌呤和嘧啶的从头合成,多胺的形成以及DNA、RNA、磷脂和蛋白质的转甲基作用。Methotrexate也会抑制胸苷酸合成酶,从而使细胞内胸苷酸不足,这可能导致抗增殖的细胞毒性作用。酶促反应被Methotrexate的多聚谷氨酸化最有效抑制的是5-氨基-4-甲酰胺咪唑核糖核苷酸(AICAR)转化为甲酰-AICAR,反应被AICAR甲酰基转移酶抑制,因此导致细胞内AICAR的积累和腺苷释放。Methotrexate增加成纤维细胞、内皮细胞和其他细胞中腺苷的释放。Methotrexate显著增加腺苷的释放,在成纤维细胞中从总嘌呤Chemicalbook释放(EC50,1nM)的4%到31%,在内皮细胞中,从24%到42%。通过暴露到受激的(fMet-Leu-Phe在0.1μM下)中性粒细胞,Methotrexate增强的腺苷释放,在成纤维细胞中进一步增加到总嘌呤释放的51%(EC50,6nM),在内皮细胞中增加到58%。Methotrexate抑制免疫细胞趋药性。Methotrexate(2.5微克/毫升)治疗迅速降低多形核中性粒细胞PMNs的体外趋化反应。Methotrexate抑制炎症细胞因子的活性。在体外实验中,5nMMethotrexate抑制IL-1活性,从而抑制血管内皮细胞增殖。Methotrexate诱导细胞凋亡。来自人类外周血液的T细胞体外活化后,Methotrexate(0.1-10μM)会诱导其细胞凋亡。