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体外研究表明：紫杉醇对微管的结合具有依赖性和可逆性，尤其结合到 N-端微管蛋白的β-亚单位上，这一作用降低了聚合所需的微管蛋白的浓度，使动态平衡向着微管装配的方向移动，增加聚合的速率与产量。紫杉醇诱导形成的微管较短，并且比不用紫杉醇时正常形成的微管屈回性约大10倍。紫杉醇抑制有丝分裂所必需的微管网的正常动态再生，会防止正常的有丝分裂纺锤体的形成，导致染色体断裂并抑制细胞复制和移行。紫杉醇改变了细胞的有丝分裂过程，使有丝分裂持续的时间0.5h 增加到 15h，并抑制细胞质分裂。这导致形成多核细胞，这些多核细胞继续回复到 G1期，然后试图再次进行有丝分裂，但在有丝分裂中没有阻止细胞；在许多细胞中还观察到微核。抑制纺锤体的形成似乎与这种不正常的有丝分裂有关。
除此之外，紫杉醇也能够调节人体免疫系统，释放出一种使肿瘤或者癌细胞坏死的因子让有害细胞死亡，对肿瘤有杀伤性。还有研究表明，紫杉醇除了具备上面所说的功能外，在人体中，它还可以影响参与细胞凋亡的酶类同时激活细胞凋亡有关的蛋白质从而具有强大的促进肿瘤细胞凋亡的能力[7]。