病理学研究发现，GERD患者食管黏膜下层、固有层和上皮细胞间隙中炎性细胞含量显著高于健康正常人，对细胞进一步分型表明，这些炎性细胞包括巨噬细胞、细胞毒性T淋巴细胞、浆细胞和肥大细胞。传统观点认为，这种炎症反应是由于反流物的化学性腐蚀所致，亦即炎症是由黏膜层向黏膜下层方向发展的，但形态学研究发现，反流物刺激食管黏膜后，淋巴细胞数量从上皮层向黏膜下层逐步增高，呈现炎症从黏膜下层向黏膜层发展的现象。因此，新的观点认为，免疫因素参与介导反流所致食管黏膜损伤及食管功能的改变。

反流物刺激导致食管上皮细胞间隙增宽、上皮通透性增大，反流物进入黏膜深层，激活免疫反应，通过下列机制导致食管黏膜损伤：①黏膜层IL-8含量增加：离体研究表明，鳞状上皮给予盐酸刺激后，培养液中蛋白酶激活受体2（PAR2）含量明显增加，PAR2是诱导上皮分泌IL-8的强刺激因子，而IL-8是最强的外周血白细胞趋化因子，尤其是对中性粒细胞，可介导急慢性炎症。有研究表明，正常人、NERD患者和GERD患者食管黏膜中IL-8含量逐渐升高，提示黏膜损伤的严重程度可能是由IL-8含量的差异所致。②黏膜内还发现多种介导炎症反应的细胞因子含量异常增高，包括：血小板活化因子（PAF），对外周血白细胞具有强的趋化和活化作用，在介导酸诱导的食管上皮损伤中起到重要作用；嗜酸性细胞活化趋化因子（eotaxin）对嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、肥大细胞具有趋化作用，在嗜酸性食管炎中表达明显升高，同样在GERD也有低水平的表达；诱导性中性粒细胞化学吸引剂-2a（CICN-2a），对中性粒细胞具有强的趋化作用，在食管炎症早期中性粒细胞浸润中起到关键作用；单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）、巨噬细胞炎性蛋白-1a（MIP-1a），主要参与慢性炎症的单核细胞、淋巴细胞浸润；ICAM-1是重要的黏附分子，在炎症细胞浸润受损食管黏膜的过程中具有重要作用。③GERD患者黏膜层也存在肥大细胞浸润，只是数量上低于嗜酸性食管炎患者，动物研究表明，肥大细胞敲除后，反流不再引起食管黏膜炎症，而肥大细胞重建后，反流可再次引起食管黏膜炎症，提示肥大细胞参与介导反流所致的食管黏膜炎症。④GERD的不同亚型存在Th1/Th3漂移现象，研究发现食管炎时以促炎细胞因子（IFN-c等）升高为主，即以TH1反应占主导，炎症较重；而Barrett食管则以抑炎症细胞因子（IL-4等）升高为主，即以TH2反应占优势，炎症相对反流性食管炎较轻，以上皮不典型增生、肠化为主。