Faits: A. Le 14 avril 2011, un arbitre unique siégeant à Londres (UK) a rendu une sentence arbitrale dans un litige de nature contractuelle opposant B._ et C._, en qualité de demanderesses, à une société tierce et à A._, en qualité de défendeurs. Il a notamment déclaré que A._ était partie au contrat litigieux ( Share Purchase Agreement ), soumis à sa compétence en tant qu'arbitre unique, et ordonné que les défendeurs versent aux demanderesses la somme de 5'000'000 USD, leur remboursent leurs honoraires et frais juridiques s'élevant à 136'195 USD, et leur paient des intérêts au taux de 1,25 % par an sur la totalité ou une partie de la somme de 5'407'955 USD encore due entre la date de la réception de la sentence et la date du paiement intégral de la somme de 5'407'955 USD, plus les éventuels intérêts cumulés. B. B.a. Le 5 juillet 2011, B._ et C._ ont requis du juge de paix du district de Nyon qu'il ordonne le séquestre, en vertu de l'art. 271 al. 1 ch. 6 LP, à concurrence de 4'587'568 fr., plus intérêts à 1,25 % l'an dès le 21 avril 2011, de la parcelle xxx de la Commune de D._, propriété de A._, de tous les meubles s'y trouvant, appartenant au prénommé, et de tous les avoirs et biens lui appartenant, de quelque nature et en quelque monnaie qu'ils soient, en mains de E._ AG, à F._. A l'appui de leur requête, elles ont notamment produit une copie certifiée de la sentence arbitrale du 14 avril 2011, une copie du courrier de la cour d'arbitrage du 29 juin 2011, confirmant que la sentence avait été notifiée aux défendeurs le 21 avril 2011, un affidavit du 28 juin 2011, émanant d'un conseil britannique, déclarant que la sentence arbitrale était devenue définitive et exécutoire, et un extrait du Registre foncier de D._. Le même jour, le juge de paix a ordonné le séquestre demandé et a astreint les requérantes à fournir 50'000 fr. à titre de sûretés. B.b. A._ a fait opposition au séquestre. Il a fait valoir en substance que, faute d'exequatur préalable dans le cadre d'une procédure contradictoire, la sentence arbitrale du 14 avril 2011 ne constituait pas un titre de mainlevée définitive, de sorte que les conditions du séquestre de l'art. 271 al. 1 ch. 6 LP n'étaient pas remplies. Par décision du 11 octobre 2011, le juge de paix a admis l'opposition au séquestre. En bref, il a considéré que, pour valoir titre de mainlevée définitive au sens de l'art. 271 al. 1 ch. 6 LP, un jugement étranger devait remplir les conditions de reconnaissance des art. 25 à 31 LDIP ou des conventions internationales. En l'occurrence, aux termes de la Convention de New York du 10 juin 1958, pour obtenir la reconnaissance et l'exécution d'une sentence arbitrale, la partie requérante devait fournir notamment l'original de la convention visée à l'article II, ou une copie réunissant les conditions requises pour son authenticité, à savoir celle par laquelle les parties s'obligeaient à soumettre à un arbitrage tous les différends ou certains des différends qui se sont élevés ou pourraient s'élever entre elles au sujet d'un rapport de droit déterminé, contractuel ou non contractuel, portant sur une question susceptible d'être réglée par voie d'arbitrage. Or, en l'espèce, les créancières n'avaient produit ni l'original ni une copie certifiée conforme de la clause compromissoire signée par les parties, de sorte qu'elles n'avaient pas rendu vraisemblables les conditions de la reconnaissance et de l'exécution de la sentence arbitrale. B.c. Par arrêt du 12 avril 2012, la Cour des poursuites et faillites du Tribunal cantonal vaudois a admis le recours formé par B._ et C._ contre cette décision. Il a réformé celle-ci en ce sens que l'opposition au séquestre est rejetée et l'ordonnance du 5 juillet 2011 confirmée. C. Par mémoire du 14 mai 2012, A._ interjette un recours en matière civile contre cet arrêt. Il conclut principalement à sa réforme, en ce sens que le recours est rejeté, l'opposition au séquestre étant admise et l'ordonnance de séquestre révoquée. Il conclut subsidiairement à son annulation, la cause étant renvoyée à l'autorité précédente pour nouvelle décision dans le sens des considérants. En substance, il invoque l'arbitraire (art. 9 Cst.) dans l'application de l'art. 271 al. 1 ch. 6 LP et dans l'appréciation des preuves, ainsi que la violation de son droit d'être entendu (art. 29 al. 2 Cst.). Invitées à déposer leurs observations, les intimées ont conclu au rejet du recours, alors que l'autorité cantonale s'est référée aux considérants de l'arrêt attaqué. 