细胞糖代谢涉及多个过程，包括糖酵解、糖异生、糖原分解和糖生成。葡萄糖和其他六碳糖的代谢始于被称为糖酵解的分解代谢途径，葡萄糖通过一系列代谢酶的催化分解，生成两个丙酮酸分子并产生能量。研究葡萄糖代谢对细胞增殖、生长、存活以及最近的肿瘤进程都至关重要。维持血糖平衡是一个由激素调节的非常重要的生理过程，摄食后血糖水平升高，刺激胰岛素通过血糖敏感的途径从胰岛 β 细胞中释放。胰岛素通过胰岛素受体（IR）介导的信号级联放大能刺激骨骼肌和脂肪组织从血液中摄取葡萄糖。胰岛素与IR结合，激活胰岛素受体底物（IRS）蛋白质，并通过下游PI3K/Akt与Erk1/2 等信号转导通路，导致Glut4囊泡转位，促进葡萄糖摄取、细胞增殖和存活。在对包括肿瘤在内的多种疾病当中研究发现，在病理情况下某些信号通路（如PI3K-AKT信号通路）发生异常，细胞糖酵解水平会异常增加，而通过线粒体呼吸链产生能量的水平反而降低，即代谢状态的重编程现象。

脂类是生物体的基本代谢物，具有较高的能量密度，这为其能量的储存和消耗提供了巨大的优势。此外，由于其疏水特性，脂类有助于划定细胞边界，并作为质膜的关键成分发挥作用。脂类分子包括：脂肪酸、三酰甘油（TAGs）、胆固醇、磷脂和鞘脂等。脂类代谢过程，在多种激素、不同营养状态和应激状态下受到复杂调控，来保持机体内的动态平衡。脂类代谢异常可以引起多种细胞应激、炎症、胰岛素抵抗、细胞异常活化等病理过程，引起肥胖、糖尿病、脂肪肝、心血管系统疾病、神经退行性疾病、肿瘤等疾病的发生。因此，脂类代谢异常相关病理分子机制研究成为热点。

氨基酸是蛋白质合成的基石，也是正常细胞生长、分化和功能所必需的细胞结构元素和能量来源。氨基酸在体内的代谢包括两个方面，一方面主要用以合成机体自身所特有的蛋白质、多肽及其他含氮物质。另一方面可氨基酸分解所生成的α-酮酸可以转变成糖、脂类或再合成某些非必需氨基酸，也可以经过三羧酸循环氧化成二氧化碳和水，并放出能量。同时，氨基酸及其次级代谢物（包括激素、多肽等）也是重要的代谢调节信号分子，参与多种细胞代谢稳态调控过程。氨基酸代谢的紊乱，与多种疾病（包括多种代谢相关疾病、心血管系统疾病、神经退行性疾病、肿瘤等疾病）的病理过程密切相关。