烷化剂是最早用于HCT预处理的化疗药物。烷化剂属于细胞毒类药物，氮芥和氯乙胺是最早的非激素类化疗药，用于临床并取得突出疗效，而环磷酰胺和异环磷酰胺是目前临床上另外两个常用的烷化剂。烷化剂在当今化疗中起中心作用，因其在细胞试验中的线性剂量-效应关系，使其在多种疾病的HCT中起重要作用。烷化剂最普遍的抗肿瘤机制是进入细胞，在体内能形成碳正离子或其他具有活泼的亲电性基团的化合物，进而与细胞中的生物大分子（DNA、RNA、酶）中的亲核基团（如氨基、巯基、羟基、羧基、磷酸基等）发生烷化反应，烷化剂与DNA的两条互补链发生烷化，形成交叉联结，从而抑制DNA复制和转录，导致肿瘤细胞死亡。

环磷酰胺是氮芥的磷酰胺基衍生物，由于其广泛的抗肿瘤活性和免疫抑制特性，成为最广泛用于HCT预处理的烷化剂。在造血干细胞支持情况下，环磷酰胺可加量至8～10倍于标准间歇性静脉输注剂量（600～1000mg/m ²至4000～7000mg/m ²）。大剂量环磷酰胺联合白消安是急性白血病或慢性粒细胞白血病HSCT的常用预处理方案，联合大剂量依托泊苷和TBI是非霍奇金淋巴瘤HCT常用的预处理方案。

环磷酰胺的前体药物在体外无抗肿瘤活性，必须进入体内经肝脏细胞色素P450酶代谢活化后才能发挥烷化作用。环磷酰胺在体内最主要的生物转化器官是肝脏，肝微粒体混合功能氧化酶系是代谢活化的主要酶系。在该酶系的作用下，环磷酰胺首先发生4位C羟化，生成初级代谢产物4-羟基环磷酰胺，该产物可自发生成其同分异构体醛磷酰胺，两者处于动态平衡之中。这种平衡混合物相对无极性，进入血液后可分布到全身的各个部分，易于以扩散的形式进入靶细胞。它们本身具有较低的细胞毒性，无烷化作用。一些4-羟基环磷酰胺和醛磷酰胺被醛氧化酶或醛脱氢酶分别氧化生成4-酮环磷酰胺和羧基磷酰胺，两者无细胞毒作用，是从尿中排泄的失活产物。未经氧化的醛磷酰胺可在细胞内外部分进行自发降解，生成活性代谢产物磷酰胺氮芥（PM）和丙烯醛。3′5′核酸内切酶可加速活化过程。前两种代谢物在尿中的排泄极少，与后两种相比几乎可以忽略，因此几乎所有被活化的Cy都转化为磷酰胺氮芥和丙烯醛。羧基磷酰胺在储存和释放过程中还可产生去甲氮芥，该物质在生理条件下几乎没有烷化活性。Cy在体内的另一条代谢途径是氯乙基侧链氧化，其代谢产物为氯乙醛（CA）和单氯乙基环磷酰胺，前者有神经毒性、肾毒性和膀胱毒性，后者非常稳定，无烷化作用，由肾脏排出体外。

重要的药物相互作用包括：塞替派抑制Cy的代谢，白消安或苯妥英钠可以增加Cy的清除率，另外微粒体代谢的诱导剂如苯巴比妥或地塞米松能增加Cy的清除率。但肝功能损伤的患者不需要调整Cy的剂量。

Cy的常见副作用包括恶心、呕吐、斑秃、肝肾功能损害、神经系统毒性等。Cy联合TBI或其他烷化剂时易造成肝损害。Cy还可引起性腺功能减退，导致不育。大剂量Cy应用的主要限制性毒性是心脏毒性，当剂量大于150mg/kg时发生几率更高。大剂量Cy造成血管内皮损伤与导致心肌坏死和致命性充血性心脏衰竭明显相关。此外，大剂量Cy还可造成严重的出血性膀胱炎，通过加强利尿及应用美司钠可明显减少这种毒性反应的发生率。

1953年美法仑（马法兰）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药物选择性地在黑色素瘤细胞内聚集，因为该肿瘤细胞在多个代谢途径中利用苯丙氨酸。事实上，美法仑能主动转运到黑色素瘤细胞和其他多种肿瘤细胞，在淋巴瘤、多发性骨髓瘤、神经母细胞瘤以及乳腺癌的高剂量化疗应用上取得了突出疗效。在HCT支持下美法仑的单药使用剂量为180～200mg/m ²，约6倍于标准剂量范围。

美法仑是细胞周期特异性药物。作为氮芥的类似物，美法仑在细胞内水解，并通过两个羰基基团自发地失去氯离子形成的活性中间体的途径而产生链间和链内的DNA交联。在体外，美法仑的细胞毒性与总药物暴露相关（浓度×时间）。美法仑通过两种不同的能量依赖的药物载体输送到肿瘤细胞。一种是高亲和力的L-氨基酸的转运体系，也携带亮氨酸和谷氨酰胺，在美法仑浓度较低时另外一种效率较低的转运蛋白会加强转运。在体外，高浓度的亮氨酸可以通过竞争机制降低药物摄取，保护细胞免受美法仑的细胞毒作用，此机制很有可能亦在体内存在；另一方面，在体内试验中发现低氨基酸饮食可以使肿瘤组织摄取美法仑增强。

Albert等研究0.6mg/kg静脉注射美法仑的药代动力学，HPLC测定的血药浓度峰值为4.5～13μmol/L，药物血浆末期平均半衰期为1.8小时。5%～13%的美法仑从尿排泄。食物减慢美法仑的吸收，口服0.6mg/kg美法仑，血药浓度峰值为1μmol/L，发生在服药后6小时。因为胃肠道吸收不完全，生物利用度低，20%～50%的药物通过粪便排出。静脉用药在粪便中未见药物及代谢产物。虽然静脉制剂不断发展进步，但在应用高剂量美法仑化疗中，患者间药代动力学的差异仍是巨大的，就系统暴露而言经常相差超过10倍以上。美法仑分布服从双指数衰减，先有一个短的分布相即α半衰期，持续5～15分钟，随后有一个β半衰期持续30～120分钟。目前未发现美法仑在儿童与成年人清除率上的差异。由于β消除相短，高剂量美法仑给药后12～24小时后回输骨髓或外周血造血干细胞是安全的。因为肾排泄对美法仑的药物清除作用并不显著，因此，大剂量治疗可应用于伴有明显肾功能损害（肌酐清除率<40ml/min）的多发性骨髓瘤患者。且现已证实肾功能不全对大剂量美法仑清除无显著影响。美法仑的剂量限制性毒性为黏膜炎和SOS。胃肠道黏膜损伤的副作用限制了美法仑的最大用药剂量，单药使用时不超过200mg/m ²，当与其他产生黏膜炎毒性的药物合用时不超过140mg/m ²。美法仑化疗可致SOS，尤其是当大剂量美法仑与其他大剂量的烷化剂联合应用时。另外与其他烷化剂相同，高剂量美法仑也可导致弥漫性肺损伤。

Bu是使用历史最长的烷化剂之一，目前仍作为清髓预处理方案用药之一在异体或自体骨髓移植治疗恶性血液病中发挥重要作用，预处理使用剂量为16mg/kg，是标准剂量的8～9倍。Bu属双甲基磺酸酯类的双功能烷化剂，为细胞周期非特异性药物。Bu的作用机制是通过DNA的烷基化，从而导致鸟嘌呤-腺嘌呤的核酸链交联。这个过程是通过双分子亲核取代反应进行的，其中亲核的鸟嘌呤7位氮原子进攻甲磺酸离去基团相邻的碳原子。这种对DNA的损害无法被细胞所修复，因此导致癌细胞的凋亡。

Bu为高度亲脂性，母体分子主要由肝脏代谢，小于5%原药经过尿液排泄。关于Bu在灵长类动物的组织分布研究发现，肝脏中的药物浓度最高；Bu可穿越血脑屏障进入脑脊液，大约20%标准剂量的药物可进入脑脊液，这种特性有利于治疗中枢神经系统白血病和淋巴瘤，也可解释大剂量Bu需应用抗惊厥药物预防癫痫发生。虽然只有一小部分Bu通过尿液排出体外，但是血液透析仍可部分清除药物，多次透析可降低药物的全身暴露。Bu在患者中的生物利用度差异很大。成人的药物消除半衰期为1～7小时（平均3小时），血浆峰浓度出现在口服给药后1～3小时，并随年龄增大清除率降低，儿童的平均半衰期为2小时或更少。在成人和儿童中均已观察到Bu口服给药后的代谢存在广泛的个体差异，部分原因是由于年龄、肝功能异常、药物间相互作用、昼夜节律以及生物利用度。在成人，口服生物利用度差异在2倍范围内，而儿童差异程度达6倍，相比而言，静脉给药具有更稳定的血药浓度。可能与BU发生相互作用的药物包括环磷酰、塞替派、美法仑、苯妥英钠、甲硝唑、伊曲康唑等有关。BU与TKI或mTOR抑制剂如西罗莫司联用时会增加后者的药物毒性。大剂量Bu用于HCT预处理的最重要的限制性毒性是肝脏VOD。口服Bu发生VOD几率是静脉给药的6倍，此现象与BU经过肝脏首过消除相关。此外，预处理过程中大剂量Bu的剂量限制毒性还包括神经毒性、黏膜炎、肺纤维化、皮肤色素沉着、不可逆的性腺功能减退。

BCNU是一种亲脂性连接到亚硝基脲基团上的双功能烷化剂。最初是在20世纪60年代初发现其能够透过小鼠血脑屏障的特点而被发展应用。BCNU在200mg/m ²的标准剂量时可以用于治疗原发性中枢神经系统恶性肿瘤，当使用BEAC方案（BCNU、依托泊苷、阿糖胞苷和环磷酰胺），或BEAM方案（BCNU、依托泊苷、阿糖胞苷和美法仑）用于治疗复发性或难治性淋巴瘤时剂量可增加至300mg/m ²。BCNU联合高剂量环磷酰胺，顺铂用于实体肿瘤患者HCT预处理时剂量可加到600mg/m ²。

BCNU在血浆中或输液中的生理pH下发生自发水解，因此溶解后必须迅速使用。自发水解导致形成羰基碳正离子，这些碳正离子能进一步形成烷化大分子。双官能团的分步DNA烷化能产生链间和链内DNA交联以及细胞毒性相对较小的DNA-蛋白质交联。除了自然分解，BCNU可能在肝微粒体中经谷胱甘肽转移酶进行去亚硝基化。苯巴比妥诱导的微粒体可以降低亚硝基脲治疗效果，增加亚硝基脲的清除率。BCNU服从双指数衰减，会有一个5～10分钟的α半衰期和一个10～30分钟的β半衰期。BCNU蛋白结合率高（>75%）。患者间BCNU清除率差异巨大。给药剂量的80%左右以代谢产物形式通过尿液排泄。可与BCNU发生相互作用的药物包括：西咪替丁、地高辛、来氟米特、那他珠单抗、苯妥英钠、匹美莫司、罗氟司特、他克莫司和曲妥珠单抗。在大剂量化疗方案中环磷酰胺和顺铂是最常与BCNU联合应用的药物，在模式系统中环磷酰胺和顺铂都能增加BCNU的AUC和药代动力学可变性。这种药代动力学的可变性有助于解释环磷酰胺、顺铂和BCNU联合预处理方案的肺毒性。这种潜在的严重肺毒性的发生可能与肺GSH水平的消耗有关。除了肺毒性作用，大剂量BCNU治疗增加了SOS、低血压和心肌缺血的发生风险，当累积剂量超过1200mg/m ²后迟发性肾毒性风险增加，较为罕见的副作用是发生脑病。

1969年Rosenberg等在以大肠埃希菌为对象的研究中发现了铂类药物的抗细胞复制作用。此后的一系列的基础和临床研究促成了FDA批准铂类药物用于治疗睾丸癌。铂类药物的原型是顺铂，其目前仍在睾丸癌、卵巢癌等生殖细胞肿瘤的临床治疗中发挥重要作用，也作为联合用药用于部分复发和难治性霍奇金和非霍奇金淋巴瘤的挽救性治疗，以及乳腺癌的姑息治疗，肺癌、头颈部癌的治疗。大剂量顺铂与大剂量环磷酰胺和美法仑，环磷酰胺和塞替派，环磷酰胺和依托泊苷的联合预处理方案用于各种实体肿瘤的自体造血细胞移植。顺铂的常用剂量范围150～250mg/m ²，是标准剂量的3倍，可以72～96小时连续输注或分剂量超过1周给药。顺铂通过与DNA双链的嘌呤碱基共价结合破坏DNA正常功能而发挥细胞杀伤作用。顺铂与DNA相互作用时易形成DNA链间交联和DNA-铂-蛋白质交联。

顺铂的清除主要是通过结合生物大分子（包括蛋白质巯基）和肾排泄等内源性清除失活。顺铂与血浆蛋白结合率高。它的清除指数包括开始的、游离的或未与蛋白结合的顺铂，代谢半衰期为30～45分钟，而与蛋白结合药物的终末半衰期超过24小时。患者间的药代动力学的差异是巨大的。在大剂量顺铂治疗过程中使用止吐药可能会影响药物的清除。昂丹司琼似可减少顺铂的AUC。在临床前模型系统，TBI已被证明可减少顺铂的肾清除率。大剂量顺铂对大剂量美法仑或依托泊苷的药代动力学似无影响。大剂量顺铂的剂量限制性毒性主要为肾功能障碍，使用顺铂前后充分水化有利于预防肾毒性发生。此外，大剂量顺铂的毒性还包括耳毒性（主要是高频听力损失）、周围神经病变、骨髓抑制等。

早在1950年，一系列的鬼臼毒素衍生物被合成，其中一种名为4′-去甲氧基表鬼臼毒素苯亚甲基糖苷（DEPBG）的物质最为有效，随后两种有着更强抗癌活性的DEPBG衍生物被研制出，分别是在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年由美国FDA批准上市，是最常用的干细胞移植的预处理化疗药物之一，还被用来治疗多种生殖细胞肿瘤及实体瘤，包括肺癌、睾丸癌、卡波西肉瘤、尤文肉瘤、淋巴瘤、多形性成胶质细胞瘤等。在造血细胞移植预处理方案中，依托泊苷的常用剂量范围是25～60mg/kg，作为单次剂量或分次给药，通常超过3天，此剂量约是标准化疗剂量的3～6倍。一直以来，依托泊苷因为其抗肿瘤作用及相对温和的髓外副作用，而被广泛地使用在HCT预处理方案中。依托泊苷为细胞周期特异性抗肿瘤药物，作用于DNA拓扑异构酶Ⅱ，形成药物-酶-DNA稳定的可逆性复合物，阻碍DNA复制。拓扑异构酶Ⅱα是一个170kD的二聚体，通常是负责产生瞬时DNA单链断裂，这个断裂是DNA在转录、复制和修复过程中为释放扭转应变所必需的。这是一个ATP依赖的过程。实验发现这种复合物可随药物的清除而逆转，使损伤的DNA得到修复，降低了细胞毒作用。依托泊苷与酶的相互作用抑制了拓扑异构酶催化产生的DNA裂隙再连接。在DNA裂隙再连接前依托泊苷与拓扑异构酶Ⅱ形成了可逆的复合物；在蛋白质消化酶的存在下，蛋白质相关的DNA链断裂变得明显。当通过与其他拓扑异构酶Ⅱ催化抑制剂竞争使得依托泊苷相关的可逆复合物的形成减少时，细胞毒性就被减弱。

依托泊苷主要在肝脏中代谢为葡萄糖醛酸苷，约1/3的药物是以没有变化的母体分子形式通过肾脏排泄的，另外10%～20%以依托泊苷葡萄糖醛酸苷的形式通过肾脏排泄。由于肾清除率在高胆红素血症或肝转移酶存在时增加，当肝功能障碍时无需调整剂量。然而，依托泊苷的全身清除与肌酐清除率密切相关。在肾功能受损时依托泊苷必须减量，因此即使对轻微肾功能不全者也不应常规使用大剂量依托泊苷。此外，在使用大剂量顺铂后立即使用大剂量依托泊苷应格外谨慎，因为急性顺铂的暴露可以使依托泊苷的全身清除减少约25%，从而使依托泊苷实际的AUC和毒性反应大大超过预期。相反大剂量卡铂暴露却可能不改变大剂量依托泊苷的代谢。依托泊苷蛋白结合率高，代谢呈双指数衰减，大剂量治疗的平均终末半衰期为4～8小时。即使大剂量应用（30～60mg/kg），所有可检测的药物在36～48小时后全部从血浆中消失。尽管不同患者间药代动力学差异很大，然而依托泊苷的药代动力学的线性仍使其可以预测毒性，还可通过治疗药物水平检测控制具体的依托泊苷系统暴露。在剂量达到800mg/m ²之前，血浆峰值浓度及AUC与治疗剂量是呈比例的。环孢素可降低依托泊苷清除从而增加其暴露。抑制肝脏P450 CYP3A4的药物（如伏立康唑）可降低依托泊苷的代谢而增加其血浆浓度。依托泊苷常见的副作用包括斑秃、腹泻／便秘、继发恶性肿瘤、心脏毒性、乏力等。大剂量依托泊苷的毒性反应可能与造血细胞移植预处理联合用药有关。即使作为单药应用，黏膜炎仍是大剂量依托泊苷的限制性毒性反应，这使得同时联合应用其他剂量限制性毒性同为胃肠道损伤的药物联合应用受到制约。

多柔比星（阿霉素，adriamycin，ADM）属于蒽环类抗生素，发现于30多年前，是目前在临床实践中广泛应用的抗肿瘤药物之一，是治疗恶性血液肿瘤联合化疗方案的重要组成部分，对实体瘤如乳腺癌、肺癌、卵巢癌、胃癌、甲状腺癌以及各种儿童实体肿瘤都有广泛的抗肿瘤作用。大剂量多柔比星联合大剂量环磷酰胺或大剂量依托泊苷，或三者联合被用于HCT治疗转移或高危乳腺癌的预处理方案。多柔比星既含有脂溶性的蒽环配基，又有水溶性的柔红糖胺，并有酸性酚羟基和碱性氨基，因此具有很强的抗癌药理活性。多柔比星通过下列机制发挥它的抗增殖作用：与DNA拓扑异构酶Ⅱ结合形成可逆的复合物，复合物的形成会干扰有丝分裂期发生的该酶催化DNA结旋的过程；产生活性氧自由基（包括羟自由基），这些活性氧自由基可以破坏线粒体电子传递链阻碍细胞能量产生，同时还可以使DNA碱基被氧化；激活信号传导通路最终导致程序性细胞死亡。多柔比星为细胞周期非特异性药物，对癌细胞增殖各期均有杀伤作用，但对S期的早期最为敏感，M期次之，而对G1期最不敏感，对G1、S和G2期有延缓作用。多柔比星在肝脏代谢，循环中主要是母体药物，多柔比星醇是主要代谢产物，部分患者从多柔比星7-脱氧糖苷转化为多柔比星醇7-脱氧糖苷，在生物转化上患者存在明显差异。由于主要由肝脏代谢，肝功能障碍患者使用蒽环类药物因药物清除延迟可出现毒性增强。有一点对于多柔比星在大剂量化疗的使用尤其重要，150～165mg/m ²持续静脉滴注96小时以上（约3倍于标准治疗方案）产生的稳态血浆浓度甚至比50～60mg/m ²推注的血药浓度峰值低90%，此外在很宽的剂量范围内多柔比星的药代动力学是线性的，这表明在多柔比星进行大剂量化疗时药物活化和解毒通路没有饱和。多柔比星的剂量限制性毒性除了累积心脏毒性外，常见的是口腔和胃肠道黏膜炎，可能导致可逆的严重口腔炎和腹泻。在应用大剂量多柔比星或依托泊苷的患者中发现约5%发生可逆性盲肠炎，经过肠外营养、镇痛药、保持水电解质平衡等保守治疗可恢复，为自限性，不需要手术治疗并且在造血功能恢复后会快速自愈。多柔比星最独特的毒性是其累积的、剂量依赖性的心肌损害，研究发现，如果通过短时静注给药，当累积剂量超过350～400mg/m ²（传统上认为这个剂量是450～500mg/m ²）时可检测到的心脏损伤快速增加。接受大剂量化疗的患者，多柔比星应该通过96小时连续输注的方式给予150mg/m ²或更高的剂量。利用心内膜心肌活检发现，最大的推注多柔比星暴露不应超过200mg/m ²。然而，对于那些有高血压性心脏病或既往较高的累积多柔比星暴露的患者，大剂量多柔比星的安全性仍有待证实。

氟达拉滨（Flu）是阿糖腺苷的氟化核苷酸类似物，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批准用于接受过至少一个标准的含烷化剂方案，且在治疗期间或治疗后病情无改善或持续进展的慢性B淋巴细胞白血病的治疗。Flu广泛用于非清髓性或减低毒性清髓性allo-HSCT预处理。由于磷酸基团的存在，Flu在生理pH下带负电荷，无法通过细胞膜。静脉输注后，磷酸氟达拉滨快速去磷酸化，后者可被摄取进入细胞，在细胞内经过多次磷酸化后成为有活性的三磷酸盐F-Ara-ATP。F-Ara-ATP通过抑制核苷酸还原酶、DNA聚合酶、DNA引物酶和DNA连接酶等抑制DNA的合成。Flu的细胞毒作用与细胞内F-Ara-ATP的浓度有关。30mg/m ²的Flu共输注30分钟，输注结束后4小时白血病细胞内F-Ara-ATP的浓度达到峰值20～60μmol/L。细胞内F-Ara-ATP浓度与其血浆浓度和输注时间呈线性相关。Flu与喷司他丁联用可能引起严重的毒性反应。双嘧达莫可降低Flu的有效性。Flu常见的副作用包括发热、寒战、恶心、呕吐、食欲不振、乏力和周围神经病变。Flu以超过125mg/m ²的剂量连续输注4～7天会引起致死性神经毒性，临床表现类似吉兰-巴雷综合征。