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本品结合于DNA,这种结合一部分系通过嵌合机制,但并不影响核酸的二级结构。药物可使DNA分子发生单股或双股断裂。近年研究表明,DNA结构的破坏需要有氧化亚铁离子的存在。博莱霉素被认为是一种金属螯合物,能和亚铁离子形成BLM-Fe复合物。这一复合物能为氧分子提供电子,故可形成过氧化物和游离羟基。正是这些高度活性的中间产物最后破坏DNA。本品属周期非特异性药物,但对G2期细胞杀伤活力最强。