喜树碱衍生物主要代表药物有托泊替康(Topotecan，TPT)和伊立替康(Irinotecan，CPT-11)，已被研究及用于临床。托泊替康(9-二甲基氨乙烷-10-羟基喜碱盐酸)是DNA拓扑异构酶Ⅰ抑制剂，是一个半合成、水溶性天然喜树碱衍生物，当溶于生理盐水时，其结构中的内酯环水解成开环的羟基酸，二者形成动态平衡，内酯型的抗癌活性较羟基酸高得多，而羟基酸型是血液中存在的主要形式，当血pH2～4时以内酯型为主。其抗癌作用机制在于阻止了拓扑异构酶Ⅰ的修复、断裂DNA的作用，在缺乏拓扑异构酶的情况下，DNA复制过程中的双螺旋结构快速解螺旋，理论上讲将导致复制叉之前增加双螺旋结构的螺旋结果程度，这种扭力的增加，将使其后的转录和复制过程变得不再可能。然而，拓扑异构酶通过产生与DNA的可逆性复合物和引入短暂的由酶介导的拓扑异构酶Ⅰ和拓扑异构酶Ⅱ的断裂(完整的DNA链可经此通过)来减轻这种扭力。通过这种机制才可能产生连续的修复过程。

托泊替康通过与DNA-拓扑异构酶Ⅰ聚合物形成稳定的共价复合物来发挥作用，这是托泊替康具有细胞毒性的原因，其对拓扑异构酶Ⅰ的抑制作用主要在S期发挥效应，由于稳定的“可分裂的复合物”阻断了DNA的松解和复制，及DNA链的断裂和DNA合成停止，S期细胞被不可逆损害，此外，复制叉也遭到损坏；中断了DNA的转录过程，最后，导致细胞凋亡和死亡，体外研究提示，托泊替康细胞毒活性的重要因素可能使细胞内浓度和暴露时间的长短有关。药代动力学呈线性表现，血浆中浓度-时间曲线下面积的比例性增长和给予较高剂量后血浆中峰值、稳态浓度的比例性增长都是如此，其分布与代谢属两室模型，其药代动力学参数如峰浓度、曲线下面积与剂量呈正比，并与血液学毒性相关。其组织分布较快，平均脑脊液渗透超过30%。以30分钟静脉滴注方法给药，清除半衰期为3小时，其排泄经自肾脏30%～60%，12小时后90%药物被清除，而在胆汁及胸水中浓度和血浆相当：肾功能差的患者剂量应予以调整，如血肌酐清除率≥40ml/分钟不必改变剂量，20～39ml/分钟时，剂量要减50%；血液胆红素>25.5μmol/L而<170μmol/L时无需调整剂量。

伊立替康是另一种喜树碱的水溶性衍生物，在体内受羧酸酯酶作用脱去吡啶基、吡啶羰基转变为代谢物SN-38而发挥抗肿瘤作用，SN-38对肿瘤细胞的作用比伊立替康强100倍，伊立替康抑制DNA拓扑异构酶Ⅰ在染色质组织化、有丝分裂、DNA复制、再联合及转录中有非常重要的作用，它不要求能量供应，首先通过磷酸键与DNA结合，形成可断裂性复合物，通常可断裂与非共价键结合的不可断裂的复合物形成平衡，伊立替康则使平衡移向可断裂复合物方向，引起单链断裂。本品抗肿瘤谱广，体外抑制细胞繁殖的活性较弱，但其代谢物SN-38的活性与ADM相同或更强。对小鼠肿瘤L1210、P388、S180、MethA、3LL、B16及大鼠肿瘤CO-4、MX-1、QG-56、ST15、SC-6等细胞株具有良好的抗肿瘤作用，对长春新碱、多柔比星、顺铂、依托泊苷、氟尿嘧啶等并用，可增强抗肿瘤作用，与现有抗肿瘤药物无交叉耐药性。