从药物的作用机理上来看，单克隆抗体药物的特点是大多数并不能穿透细胞膜，其主要是通过作用于细胞微环境，或者细胞表面的分子来发挥作用。这种特点有别于小分子化合物类靶向药物的作用原理，因为这些小分子化合物类的靶向药物可以穿透细胞膜，主要是通过与细胞内的靶分子结合来发挥作用。
在临床上常用的单克隆抗体类药物中，西妥昔单抗主要是和EGFR细胞外区域特异性的结合，能够阻断配体诱导的EGFR酪氨酸激酶的磷酸化，还可以触发受体的内吞和降解，继而阻断EGFR通路的信号转导，从而抑制肿瘤细胞的增殖和侵袭以及肿瘤血管的生成。贝伐珠单抗是一种重组的人源化单克隆抗体，可以选择性的与人血管内皮生长因子来结合，抑制血管内皮生长因子，与其位于内皮细胞上的受体，血管内皮生长因子受体1和受体2进行结合，使肿瘤的血管形成减少，从而抑制肿瘤的生长。
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