硫唑瞟呤因结构近似于次黄嘌呤核苷酸，与次黄嘌呤核苷酸竞争，阻止腺苷酸或鸟嘌呤核苷酸的合成。阻止核酸的合成。硫唑嘌呤通过阻止嘌呤合成，作为阻止DNA、RNA等到核酸合成的代谢拮抗剂起作用，其结果是抑制了淋巴细胞的增殖，从而抑制细胞和体液免疫反应。
硫唑嘌呤由于有阻止DNA、RNA等核酸合成的作用，所以对于骨髓这样DNA、RNA等核酸合成旺盛的组织会产生很强的毒性作用，抑制骨髓的造血功能。特别是在移植的早期，需经常地计数白细胞，在有白细胞减少的病例要及时停用。应用硫唑嘌呤还经常见到有以毛细胆管胆汁淤滞性为主的肝损害，这时也应该停用而改用其他药物。
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