在分子水平上，甲磺酸伊马替尼靶向针对Bcr-Abl酪氨酸激酶的特异部位。甲磺酸伊马替尼是一个ATP模拟药物，在ATP结合位点与Bcr-Abl的亲和力大于ATP。Bcr-Abl 酪氨酸激酶活性依赖于其ATP酶活性。与Bcr-Abl结合的甲磺酸伊马替尼阻碍了ATP的结合和水解，因此阻止了Bcr-Abl酪氨酸激酶的作用。 阻断了依赖于磷酸化活化的Bcr-Abl下游底物。依次阻断由Bcr-Abl激活的下游信号转导途径。
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