烷化劑是最早用于HCT預處理的化療藥物。烷化劑屬于細胞毒類藥物，氮芥和氯乙胺是最早的非激素類化療藥，用于臨床并取得突出療效，而環磷酰胺和異環磷酰胺是目前臨床上另外兩個常用的烷化劑。烷化劑在當今化療中起中心作用，因其在細胞試驗中的線性劑量-效應關系，使其在多種疾病的HCT中起重要作用。烷化劑最普遍的抗腫瘤機制是進入細胞，在體內能形成碳正離子或其他具有活潑的親電性基團的化合物，進而與細胞中的生物大分子（DNA、RNA、酶）中的親核基團（如氨基、巰基、羥基、羧基、磷酸基等）發生烷化反應，烷化劑與DNA的兩條互補鏈發生烷化，形成交叉聯結，從而抑制DNA復制和轉錄，導致腫瘤細胞死亡。

環磷酰胺是氮芥的磷酰胺基衍生物，由于其廣泛的抗腫瘤活性和免疫抑制特性，成為最廣泛用于HCT預處理的烷化劑。在造血干細胞支持情況下，環磷酰胺可加量至8～10倍于標準間歇性靜脈輸注劑量（600～1000mg/m ²至4000～7000mg/m ²）。大劑量環磷酰胺聯合白消安是急性白血病或慢性粒細胞白血病HSCT的常用預處理方案，聯合大劑量依托泊苷和TBI是非霍奇金淋巴瘤HCT常用的預處理方案。

環磷酰胺的前體藥物在體外無抗腫瘤活性，必須進入體內經肝臟細胞色素P450酶代謝活化后才能發揮烷化作用。環磷酰胺在體內最主要的生物轉化器官是肝臟，肝微粒體混合功能氧化酶系是代謝活化的主要酶系。在該酶系的作用下，環磷酰胺首先發生4位C羥化，生成初級代謝產物4-羥基環磷酰胺，該產物可自發生成其同分異構體醛磷酰胺，兩者處于動態平衡之中。這種平衡混合物相對無極性，進入血液后可分布到全身的各個部分，易于以擴散的形式進入靶細胞。它們本身具有較低的細胞毒性，無烷化作用。一些4-羥基環磷酰胺和醛磷酰胺被醛氧化酶或醛脫氫酶分別氧化生成4-酮環磷酰胺和羧基磷酰胺，兩者無細胞毒作用，是從尿中排泄的失活產物。未經氧化的醛磷酰胺可在細胞內外部分進行自發降解，生成活性代謝產物磷酰胺氮芥（PM）和丙烯醛。3′5′核酸內切酶可加速活化過程。前兩種代謝物在尿中的排泄極少，與后兩種相比幾乎可以忽略，因此幾乎所有被活化的Cy都轉化為磷酰胺氮芥和丙烯醛。羧基磷酰胺在儲存和釋放過程中還可產生去甲氮芥，該物質在生理條件下幾乎沒有烷化活性。Cy在體內的另一條代謝途徑是氯乙基側鏈氧化，其代謝產物為氯乙醛（CA）和單氯乙基環磷酰胺，前者有神經毒性、腎毒性和膀胱毒性，后者非常穩定，無烷化作用，由腎臟排出體外。

重要的藥物相互作用包括：塞替派抑制Cy的代謝，白消安或苯妥英鈉可以增加Cy的清除率，另外微粒體代謝的誘導劑如苯巴比妥或地塞米松能增加Cy的清除率。但肝功能損傷的患者不需要調整Cy的劑量。

Cy的常見副作用包括惡心、嘔吐、斑禿、肝腎功能損害、神經系統毒性等。Cy聯合TBI或其他烷化劑時易造成肝損害。Cy還可引起性腺功能減退，導致不育。大劑量Cy應用的主要限制性毒性是心臟毒性，當劑量大于150mg/kg時發生幾率更高。大劑量Cy造成血管內皮損傷與導致心肌壞死和致命性充血性心臟衰竭明顯相關。此外，大劑量Cy還可造成嚴重的出血性膀胱炎，通過加強利尿及應用美司鈉可明顯減少這種毒性反應的發生率。

1953年美法侖（馬法蘭）首次合成成功，最初合成它是基于用苯丙氨酸基取代氮芥的甲基后可以使藥物選擇性地在黑色素瘤細胞內聚集，因為該腫瘤細胞在多個代謝途徑中利用苯丙氨酸。事實上，美法侖能主動轉運到黑色素瘤細胞和其他多種腫瘤細胞，在淋巴瘤、多發性骨髓瘤、神經母細胞瘤以及乳腺癌的高劑量化療應用上取得了突出療效。在HCT支持下美法侖的單藥使用劑量為180～200mg/m ²，約6倍于標準劑量范圍。

美法侖是細胞周期特異性藥物。作為氮芥的類似物，美法侖在細胞內水解，并通過兩個羰基基團自發地失去氯離子形成的活性中間體的途徑而產生鏈間和鏈內的DNA交聯。在體外，美法侖的細胞毒性與總藥物暴露相關（濃度×時間）。美法侖通過兩種不同的能量依賴的藥物載體輸送到腫瘤細胞。一種是高親和力的L-氨基酸的轉運體系，也攜帶亮氨酸和谷氨酰胺，在美法侖濃度較低時另外一種效率較低的轉運蛋白會加強轉運。在體外，高濃度的亮氨酸可以通過競爭機制降低藥物攝取，保護細胞免受美法侖的細胞毒作用，此機制很有可能亦在體內存在；另一方面，在體內試驗中發現低氨基酸飲食可以使腫瘤組織攝取美法侖增強。

Albert等研究0.6mg/kg靜脈注射美法侖的藥代動力學，HPLC測定的血藥濃度峰值為4.5～13μmol/L，藥物血漿末期平均半衰期為1.8小時。5%～13%的美法侖從尿排泄。食物減慢美法侖的吸收，口服0.6mg/kg美法侖，血藥濃度峰值為1μmol/L，發生在服藥后6小時。因為胃腸道吸收不完全，生物利用度低，20%～50%的藥物通過糞便排出。靜脈用藥在糞便中未見藥物及代謝產物。雖然靜脈制劑不斷發展進步，但在應用高劑量美法侖化療中，患者間藥代動力學的差異仍是巨大的，就系統暴露而言經常相差超過10倍以上。美法侖分布服從雙指數衰減，先有一個短的分布相即α半衰期，持續5～15分鐘，隨后有一個β半衰期持續30～120分鐘。目前未發現美法侖在兒童與成年人清除率上的差異。由于β消除相短，高劑量美法侖給藥后12～24小時后回輸骨髓或外周血造血干細胞是安全的。因為腎排泄對美法侖的藥物清除作用并不顯著，因此，大劑量治療可應用于伴有明顯腎功能損害（肌酐清除率<40ml/min）的多發性骨髓瘤患者。且現已證實腎功能不全對大劑量美法侖清除無顯著影響。美法侖的劑量限制性毒性為黏膜炎和SOS。胃腸道黏膜損傷的副作用限制了美法侖的最大用藥劑量，單藥使用時不超過200mg/m ²，當與其他產生黏膜炎毒性的藥物合用時不超過140mg/m ²。美法侖化療可致SOS，尤其是當大劑量美法侖與其他大劑量的烷化劑聯合應用時。另外與其他烷化劑相同，高劑量美法侖也可導致彌漫性肺損傷。

Bu是使用歷史最長的烷化劑之一，目前仍作為清髓預處理方案用藥之一在異體或自體骨髓移植治療惡性血液病中發揮重要作用，預處理使用劑量為16mg/kg，是標準劑量的8～9倍。Bu屬雙甲基磺酸酯類的雙功能烷化劑，為細胞周期非特異性藥物。Bu的作用機制是通過DNA的烷基化，從而導致鳥嘌呤-腺嘌呤的核酸鏈交聯。這個過程是通過雙分子親核取代反應進行的，其中親核的鳥嘌呤7位氮原子進攻甲磺酸離去基團相鄰的碳原子。這種對DNA的損害無法被細胞所修復，因此導致癌細胞的凋亡。

Bu為高度親脂性，母體分子主要由肝臟代謝，小于5%原藥經過尿液排泄。關于Bu在靈長類動物的組織分布研究發現，肝臟中的藥物濃度最高；Bu可穿越血腦屏障進入腦脊液，大約20%標準劑量的藥物可進入腦脊液，這種特性有利于治療中樞神經系統白血病和淋巴瘤，也可解釋大劑量Bu需應用抗驚厥藥物預防癲癇發生。雖然只有一小部分Bu通過尿液排出體外，但是血液透析仍可部分清除藥物，多次透析可降低藥物的全身暴露。Bu在患者中的生物利用度差異很大。成人的藥物消除半衰期為1～7小時（平均3小時），血漿峰濃度出現在口服給藥后1～3小時，并隨年齡增大清除率降低，兒童的平均半衰期為2小時或更少。在成人和兒童中均已觀察到Bu口服給藥后的代謝存在廣泛的個體差異，部分原因是由于年齡、肝功能異常、藥物間相互作用、晝夜節律以及生物利用度。在成人，口服生物利用度差異在2倍范圍內，而兒童差異程度達6倍，相比而言，靜脈給藥具有更穩定的血藥濃度?？赡芘cBU發生相互作用的藥物包括環磷酰、塞替派、美法侖、苯妥英鈉、甲硝唑、伊曲康唑等有關。BU與TKI或mTOR抑制劑如西羅莫司聯用時會增加后者的藥物毒性。大劑量Bu用于HCT預處理的最重要的限制性毒性是肝臟VOD?？诜﨎u發生VOD幾率是靜脈給藥的6倍，此現象與BU經過肝臟首過消除相關。此外，預處理過程中大劑量Bu的劑量限制毒性還包括神經毒性、黏膜炎、肺纖維化、皮膚色素沉著、不可逆的性腺功能減退。

BCNU是一種親脂性連接到亞硝基脲基團上的雙功能烷化劑。最初是在20世紀60年代初發現其能夠透過小鼠血腦屏障的特點而被發展應用。BCNU在200mg/m ²的標準劑量時可以用于治療原發性中樞神經系統惡性腫瘤，當使用BEAC方案（BCNU、依托泊苷、阿糖胞苷和環磷酰胺），或BEAM方案（BCNU、依托泊苷、阿糖胞苷和美法侖）用于治療復發性或難治性淋巴瘤時劑量可增加至300mg/m ²。BCNU聯合高劑量環磷酰胺，順鉑用于實體腫瘤患者HCT預處理時劑量可加到600mg/m ²。

BCNU在血漿中或輸液中的生理pH下發生自發水解，因此溶解后必須迅速使用。自發水解導致形成羰基碳正離子，這些碳正離子能進一步形成烷化大分子。雙官能團的分步DNA烷化能產生鏈間和鏈內DNA交聯以及細胞毒性相對較小的DNA-蛋白質交聯。除了自然分解，BCNU可能在肝微粒體中經谷胱甘肽轉移酶進行去亞硝基化。苯巴比妥誘導的微粒體可以降低亞硝基脲治療效果，增加亞硝基脲的清除率。BCNU服從雙指數衰減，會有一個5～10分鐘的α半衰期和一個10～30分鐘的β半衰期。BCNU蛋白結合率高（>75%）?；颊唛gBCNU清除率差異巨大。給藥劑量的80%左右以代謝產物形式通過尿液排泄?？膳cBCNU發生相互作用的藥物包括：西咪替丁、地高辛、來氟米特、那他珠單抗、苯妥英鈉、匹美莫司、羅氟司特、他克莫司和曲妥珠單抗。在大劑量化療方案中環磷酰胺和順鉑是最常與BCNU聯合應用的藥物，在模式系統中環磷酰胺和順鉑都能增加BCNU的AUC和藥代動力學可變性。這種藥代動力學的可變性有助于解釋環磷酰胺、順鉑和BCNU聯合預處理方案的肺毒性。這種潛在的嚴重肺毒性的發生可能與肺GSH水平的消耗有關。除了肺毒性作用，大劑量BCNU治療增加了SOS、低血壓和心肌缺血的發生風險，當累積劑量超過1200mg/m ²后遲發性腎毒性風險增加，較為罕見的副作用是發生腦病。

1969年Rosenberg等在以大腸埃希菌為對象的研究中發現了鉑類藥物的抗細胞復制作用。此后的一系列的基礎和臨床研究促成了FDA批準鉑類藥物用于治療睪丸癌。鉑類藥物的原型是順鉑，其目前仍在睪丸癌、卵巢癌等生殖細胞腫瘤的臨床治療中發揮重要作用，也作為聯合用藥用于部分復發和難治性霍奇金和非霍奇金淋巴瘤的挽救性治療，以及乳腺癌的姑息治療，肺癌、頭頸部癌的治療。大劑量順鉑與大劑量環磷酰胺和美法侖，環磷酰胺和塞替派，環磷酰胺和依托泊苷的聯合預處理方案用于各種實體腫瘤的自體造血細胞移植。順鉑的常用劑量范圍150～250mg/m ²，是標準劑量的3倍，可以72～96小時連續輸注或分劑量超過1周給藥。順鉑通過與DNA雙鏈的嘌呤堿基共價結合破壞DNA正常功能而發揮細胞殺傷作用。順鉑與DNA相互作用時易形成DNA鏈間交聯和DNA-鉑-蛋白質交聯。

順鉑的清除主要是通過結合生物大分子（包括蛋白質巰基）和腎排泄等內源性清除失活。順鉑與血漿蛋白結合率高。它的清除指數包括開始的、游離的或未與蛋白結合的順鉑，代謝半衰期為30～45分鐘，而與蛋白結合藥物的終末半衰期超過24小時。患者間的藥代動力學的差異是巨大的。在大劑量順鉑治療過程中使用止吐藥可能會影響藥物的清除。昂丹司瓊似可減少順鉑的AUC。在臨床前模型系統，TBI已被證明可減少順鉑的腎清除率。大劑量順鉑對大劑量美法侖或依托泊苷的藥代動力學似無影響。大劑量順鉑的劑量限制性毒性主要為腎功能障礙，使用順鉑前后充分水化有利于預防腎毒性發生。此外，大劑量順鉑的毒性還包括耳毒性（主要是高頻聽力損失）、周圍神經病變、骨髓抑制等。

早在1950年，一系列的鬼臼毒素衍生物被合成，其中一種名為4′-去甲氧基表鬼臼毒素苯亞甲基糖苷（DEPBG）的物質最為有效，隨后兩種有著更強抗癌活性的DEPBG衍生物被研制出，分別是在1966年被合成的依托泊苷（etoposide）和1967年被合成的替尼泊苷。依托泊苷在1983年由美國FDA批準上市，是最常用的干細胞移植的預處理化療藥物之一，還被用來治療多種生殖細胞腫瘤及實體瘤，包括肺癌、睪丸癌、卡波西肉瘤、尤文肉瘤、淋巴瘤、多形性成膠質細胞瘤等。在造血細胞移植預處理方案中，依托泊苷的常用劑量范圍是25～60mg/kg，作為單次劑量或分次給藥，通常超過3天，此劑量約是標準化療劑量的3～6倍。一直以來，依托泊苷因為其抗腫瘤作用及相對溫和的髓外副作用，而被廣泛地使用在HCT預處理方案中。依托泊苷為細胞周期特異性抗腫瘤藥物，作用于DNA拓撲異構酶Ⅱ，形成藥物-酶-DNA穩定的可逆性復合物，阻礙DNA復制。拓撲異構酶Ⅱα是一個170kD的二聚體，通常是負責產生瞬時DNA單鏈斷裂，這個斷裂是DNA在轉錄、復制和修復過程中為釋放扭轉應變所必需的。這是一個ATP依賴的過程。實驗發現這種復合物可隨藥物的清除而逆轉，使損傷的DNA得到修復，降低了細胞毒作用。依托泊苷與酶的相互作用抑制了拓撲異構酶催化產生的DNA裂隙再連接。在DNA裂隙再連接前依托泊苷與拓撲異構酶Ⅱ形成了可逆的復合物；在蛋白質消化酶的存在下，蛋白質相關的DNA鏈斷裂變得明顯。當通過與其他拓撲異構酶Ⅱ催化抑制劑競爭使得依托泊苷相關的可逆復合物的形成減少時，細胞毒性就被減弱。

依托泊苷主要在肝臟中代謝為葡萄糖醛酸苷，約1/3的藥物是以沒有變化的母體分子形式通過腎臟排泄的，另外10%～20%以依托泊苷葡萄糖醛酸苷的形式通過腎臟排泄。由于腎清除率在高膽紅素血癥或肝轉移酶存在時增加，當肝功能障礙時無需調整劑量。然而，依托泊苷的全身清除與肌酐清除率密切相關。在腎功能受損時依托泊苷必須減量，因此即使對輕微腎功能不全者也不應常規使用大劑量依托泊苷。此外，在使用大劑量順鉑后立即使用大劑量依托泊苷應格外謹慎，因為急性順鉑的暴露可以使依托泊苷的全身清除減少約25%，從而使依托泊苷實際的AUC和毒性反應大大超過預期。相反大劑量卡鉑暴露卻可能不改變大劑量依托泊苷的代謝。依托泊苷蛋白結合率高，代謝呈雙指數衰減，大劑量治療的平均終末半衰期為4～8小時。即使大劑量應用（30～60mg/kg），所有可檢測的藥物在36～48小時后全部從血漿中消失。盡管不同患者間藥代動力學差異很大，然而依托泊苷的藥代動力學的線性仍使其可以預測毒性，還可通過治療藥物水平檢測控制具體的依托泊苷系統暴露。在劑量達到800mg/m ²之前，血漿峰值濃度及AUC與治療劑量是呈比例的。環孢素可降低依托泊苷清除從而增加其暴露。抑制肝臟P450 CYP3A4的藥物（如伏立康唑）可降低依托泊苷的代謝而增加其血漿濃度。依托泊苷常見的副作用包括斑禿、腹瀉／便秘、繼發惡性腫瘤、心臟毒性、乏力等。大劑量依托泊苷的毒性反應可能與造血細胞移植預處理聯合用藥有關。即使作為單藥應用，黏膜炎仍是大劑量依托泊苷的限制性毒性反應，這使得同時聯合應用其他劑量限制性毒性同為胃腸道損傷的藥物聯合應用受到制約。

多柔比星（阿霉素，adriamycin，ADM）屬于蒽環類抗生素，發現于30多年前，是目前在臨床實踐中廣泛應用的抗腫瘤藥物之一，是治療惡性血液腫瘤聯合化療方案的重要組成部分，對實體瘤如乳腺癌、肺癌、卵巢癌、胃癌、甲狀腺癌以及各種兒童實體腫瘤都有廣泛的抗腫瘤作用。大劑量多柔比星聯合大劑量環磷酰胺或大劑量依托泊苷，或三者聯合被用于HCT治療轉移或高危乳腺癌的預處理方案。多柔比星既含有脂溶性的蒽環配基，又有水溶性的柔紅糖胺，并有酸性酚羥基和堿性氨基，因此具有很強的抗癌藥理活性。多柔比星通過下列機制發揮它的抗增殖作用：與DNA拓撲異構酶Ⅱ結合形成可逆的復合物，復合物的形成會干擾有絲分裂期發生的該酶催化DNA結旋的過程；產生活性氧自由基（包括羥自由基），這些活性氧自由基可以破壞線粒體電子傳遞鏈阻礙細胞能量產生，同時還可以使DNA堿基被氧化；激活信號傳導通路最終導致程序性細胞死亡。多柔比星為細胞周期非特異性藥物，對癌細胞增殖各期均有殺傷作用，但對S期的早期最為敏感，M期次之，而對G1期最不敏感，對G1、S和G2期有延緩作用。多柔比星在肝臟代謝，循環中主要是母體藥物，多柔比星醇是主要代謝產物，部分患者從多柔比星7-脫氧糖苷轉化為多柔比星醇7-脫氧糖苷，在生物轉化上患者存在明顯差異。由于主要由肝臟代謝，肝功能障礙患者使用蒽環類藥物因藥物清除延遲可出現毒性增強。有一點對于多柔比星在大劑量化療的使用尤其重要，150～165mg/m ²持續靜脈滴注96小時以上（約3倍于標準治療方案）產生的穩態血漿濃度甚至比50～60mg/m ²推注的血藥濃度峰值低90%，此外在很寬的劑量范圍內多柔比星的藥代動力學是線性的，這表明在多柔比星進行大劑量化療時藥物活化和解毒通路沒有飽和。多柔比星的劑量限制性毒性除了累積心臟毒性外，常見的是口腔和胃腸道黏膜炎，可能導致可逆的嚴重口腔炎和腹瀉。在應用大劑量多柔比星或依托泊苷的患者中發現約5%發生可逆性盲腸炎，經過腸外營養、鎮痛藥、保持水電解質平衡等保守治療可恢復，為自限性，不需要手術治療并且在造血功能恢復后會快速自愈。多柔比星最獨特的毒性是其累積的、劑量依賴性的心肌損害，研究發現，如果通過短時靜注給藥，當累積劑量超過350～400mg/m ²（傳統上認為這個劑量是450～500mg/m ²）時可檢測到的心臟損傷快速增加。接受大劑量化療的患者，多柔比星應該通過96小時連續輸注的方式給予150mg/m ²或更高的劑量。利用心內膜心肌活檢發現，最大的推注多柔比星暴露不應超過200mg/m ²。然而，對于那些有高血壓性心臟病或既往較高的累積多柔比星暴露的患者，大劑量多柔比星的安全性仍有待證實。

氟達拉濱（Flu）是阿糖腺苷的氟化核苷酸類似物，即9-β-D-阿拉伯酸-呋喃基腺嘌呤（9-β-d-arabinosyl-2-fluoroadenine，F-Ara-A），被FDA批準用于接受過至少一個標準的含烷化劑方案，且在治療期間或治療后病情無改善或持續進展的慢性B淋巴細胞白血病的治療。Flu廣泛用于非清髓性或減低毒性清髓性allo-HSCT預處理。由于磷酸基團的存在，Flu在生理pH下帶負電荷，無法通過細胞膜。靜脈輸注后，磷酸氟達拉濱快速去磷酸化，后者可被攝取進入細胞，在細胞內經過多次磷酸化后成為有活性的三磷酸鹽F-Ara-ATP。F-Ara-ATP通過抑制核苷酸還原酶、DNA聚合酶、DNA引物酶和DNA連接酶等抑制DNA的合成。Flu的細胞毒作用與細胞內F-Ara-ATP的濃度有關。30mg/m ²的Flu共輸注30分鐘，輸注結束后4小時白血病細胞內F-Ara-ATP的濃度達到峰值20～60μmol/L。細胞內F-Ara-ATP濃度與其血漿濃度和輸注時間呈線性相關。Flu與噴司他丁聯用可能引起嚴重的毒性反應。雙嘧達莫可降低Flu的有效性。Flu常見的副作用包括發熱、寒戰、惡心、嘔吐、食欲不振、乏力和周圍神經病變。Flu以超過125mg/m ²的劑量連續輸注4～7天會引起致死性神經毒性，臨床表現類似吉蘭-巴雷綜合征。