抗代謝薬は、細胞が代謝に利用する分子と構造が似ている化合物です。細胞が抗代謝薬を通常使用する分子と誤認すると、正しく代謝できず、細胞内の重要なプロセスが停止し、最終的に細胞死に至ります。がん治療でよく使用される抗代謝薬は大きく3つのクラスに分けられます。

プリン拮抗薬

プリンは2つの環が融合した有機化合物で、DNAの遺伝コードを構成する塩基であるアデニンとグアニンが該当します。プリン拮抗薬はプリンヌクレオチドの合成を阻害し、DNAの複製を妨げます。また、プリン塩基の代わりにDNAに取り込まれることもあります。がん細胞は増殖が速くDNA複製が頻繁に起こるため、これらの薬剤はがん細胞の死滅を引き起こします。代表的な薬剤には6-メルカプトプリン、ダカルバジン、フルダラビンがあります。

ピリミジン拮抗薬

チミン、シトシン、ウラシルは、1つの窒素含有環を持つピリミジン系のDNAまたはRNA塩基です。ピリミジン拮抗薬はプリン拮抗薬と同様の作用機序ですが、ピリミジンヌクレオチドの合成を阻害するか、ピリミジン塩基の代わりにDNA/RNAに取り込まれます。代表的な薬剤には5-フルオロウラシル、カペシタビン、ゲムシタビン、デシタビンがあります。

葉酸拮抗薬

葉酸拮抗薬はジヒドロ葉酸還元酵素（DHFR）を阻害し、テトラヒドロ葉酸の合成を停止させます。テトラヒドロ葉酸はプリン・ピリミジンヌクレオチド合成に必須の補酵素です。したがって、葉酸拮抗薬はプリン・ピリミジン拮抗薬と同様に核酸合成を妨げ、がん細胞の増殖を抑制します。代表的な薬剤はメトトレキサートです。