非天然核苷与核苷酸可称为核苷与核苷酸类似物，从化学结构上看它们和天然核苷与核苷酸有不同程度的相似之处，所以在体内有以假乱真之效，从而干扰或者直接作用于核酸的代谢过程，阻断蛋白质、核酸的生物合成，因而这些化合物在抗病毒和抗肿瘤化疗药物中具有非常重要的地位，占有较大的比例，特别是近十年来这方面药物的研发速度很快，可以这样说，只要对天然核苷的结构进行各方面的修饰或变换，就可能获得新的抗癌，抗病毒的药物。
（1）抗肿瘤药物
由于非天然的核苷和核苷酸干扰和/或作用于核酸的代谢过程，故这些类似物可被称为代谢药物，按核苷的碱基的不同，常分为两类。
①嘌呤类。这类化合物包括修饰的嘌呤碱基和由它们所形成的核苷和单核苷酸，如图1-24的化合物，其中应用最早的抗肿瘤嘌呤核苷类似物是6-硫基嘌呤（6-mercaptopurine，6-mp)和6-巯基鸟嘌呤（6-thioguanine，6tg）。
这类化合物主要特点是6-位有一个巯基或甲硫基，从而抑制体内嘌呤核苷酸的生物合成，主要用于抗白血病。
②嘧啶类。这类化合物主要以5-氟尿嘧啶（fu）及其核苷，和胞嘧啶核苷衍生物为主（见图1-25），由于c-f键有较高的稳定性，参与体内的代谢过程中不易分解，从而干扰脱氧胸苷酸的生物合成，对肝癌及头颈部癌症等有疗效。胞嘧啶核苷类衍生物主要用于各类急性白血病的治疗，亦作为抗病毒药物应用。
（2）抗病毒药物
目前，核苷类似物在抗病毒药物中占有很重要的地位，它们主要作为病毒复制过程中一些重要酶的抑制剂，达到中止病毒复制，阻止病毒侵染靶细胞的目的。这类抗病毒化合物至今已合成千余种新的化合物，按其作用的病毒种类可分为以下两大类：
①抗dna病毒的核苷类似物。这类病毒主要包括疱疹病毒，痘病毒和腺病毒，抗这类病毒的核苷类似物按其结构可分有以下亚类：
a.5-取代脱氧嘧啶核苷。这类化合物主要包括5-取代的脱氧尿苷和胞苷，例如图1-26中的例子。
b.阿糖腺苷（araa)类。由于核苷中的核糖被阿糖替代，所以这类化合物对dna和rna病毒均有作用，具有广谱性，主要有阿糖腺苷和碳环阿糖腺苷，见图1-27。
c.无环核苷类似物。阿昔洛韦（acyclovir，acv，见图1-27)是第一个研制成功的已用于临床的无环核苷抗病毒化合物，是广谱抗病毒药物并且很少见有不良副反应。这无环化合物从结构上看，失去糖环中的c2'和c3’两个碳，正因如此，它成为核酸链的中止剂，使病毒dna合成中断。在这一抗病毒机制思想指导下，人们又合成了大批的无环核苷类似物，从而形成此类化合物。
②抗rna病毒的核苷类似物。rna病毒包括引起人类呼吸系统疾病的病毒，如流感病毒等，也包括对人类生命正构成严重威胁的艾滋病病毒（hiv）和乙肝病毒（hbv）等。
由于hiv病毒的出现，促进了抗这类病毒药物的发展，在这方面核苷类似物的研究，形成一个重要的持久浪潮。
a.3-叠氮基-2'，3'-双脱氧胸苷（azt，见图1-28）是第一个用于抗hiv的药物，其作用是：作为hiv逆转录酶的竞争抑制剂，并可掺入病毒dna中，作为核酸链的终止剂，虽毒副作用较大，但仍作为抗hiv的主要药物。
b.2'，3'-双脱氧核苷，包括2’，3'-双脱氧胞（腺，鸟，肌）苷（即ddc，dda，ddg，ddl)，以及2'，3'-脱氢-3'-脱氧胸苷（d4t)，见图1-28，这些核苷类似物都是抗hiv的药物，毒副作用稍小于azt，与azt和蛋白酶抑制剂联合使用，成为有效控制hiv病毒复制的配方（即鸡尾酒疗法)原料。这类化合物还有很多，如iso-dda，拉米夫定(3tc)等，拉米夫定对乙肝病毒复制也有较好的抑制作用。
c.病毒唑（1，2，4-三氮唑核苷，也称利巴韦林，见图1-28)是一个重要的广谱抗病毒药物，对抑制hiv病毒亦有一定的作用，这主要基于它对各种病毒的作用途径不止一种，是由于它的特殊碱基结构所决定的。利巴韦林与干扰素联合使用对丙型肝炎的治疗大有帮助。
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