烷化劑：擾亂DNA藍圖
烷化劑將一個小的活性碳基團連接到DNA上，最常見的是連接到鳥嘌呤。如果它同時與兩條鏈結合，就形成一個細胞無法拆開複製的交聯。DNA藍圖被卡住；細胞觸發自身死亡。由於烷化劑無論細胞是否正在分裂都會損傷DNA，它們在很大程度上是非細胞週期特異性的——這一對比值得與下一個家族對照。
環磷醯胺是一個經典例子——也是一種前藥，意思是它在肝臟將其轉化為活性形式之前沒有活性。一個可預測的危害：它的一種分解產物刺激膀胱，因此患者需要水化，有時還會給予保護劑。像順鉑這樣的鉑類藥物透過交聯DNA起類似作用，其標誌性毒性是腎損傷（腎毒性），因此充分補液是常規。
抗代謝物：假冒的建材
抗代謝物是贗品。它與DNA的天然組成單元——鹼基、糖、葉酸等維生素——足夠相似，以至於細胞要麼把它摻入（然後窒息），要麼浪費酶去試圖利用它。例如甲氨蝶呤阻斷細胞製造新DNA鹼基所需的葉酸通路。由於這種損傷只有在細胞主動複製DNA時才有意義，抗代謝物具有強烈的S期特異性——這是細胞週期特異性的明確例子。
抗有絲分裂藥與拓撲異構酶抑制劑
細胞在M期分裂時，沿著稱為微管的「繩索」將複製好的染色體拉開。抗有絲分裂藥破壞這些繩索。長春花生物鹼（長春新鹼）阻止微管組裝；紫杉烷類（紫杉醇）將其凍結使其無法解聚。無論哪種方式，細胞都無法完成有絲分裂而死亡。它們具有M期特異性。其標誌性副作用是神經損傷，因為神經元依賴微管沿長軸突運輸貨物。
第四個家族，拓撲異構酶抑制劑，標靶在DNA複製時緩解其扭轉張力的酶。阻斷拓撲異構酶，DNA鏈就會斷裂並保持斷裂。多柔比星（它還嵌入DNA）和伊立替康在此起作用。多柔比星臭名昭著的劑量限制性毒性是對心臟的毒性，這就是為什麼要仔細追蹤患者的終生累積劑量。
The four classic cytotoxic families at a glance Family What it hits Cycle phase Signature toxicity -------------------- ------------------- ------------- ------------------- Alkylating agent DNA (cross-links) nonspecific bladder / kidney Antimetabolite DNA-building enzymes S phase mucositis, marrow Antimitotic microtubules (M) M phase peripheral nerves Topoisomerase inhib. DNA-unwinding enzyme late S / G2 heart (doxorubicin) Shared by all four: bone marrow suppression, hair loss, nausea (the price of attacking any fast-dividing cell).