近年来,细胞代谢领域研究重新兴起成为了生命科学研究的前沿阵地。人们发现除了糖尿病、肥胖等传统代谢性疾病外,心血管、癌症、免疫、炎症等都与代谢关系密切；代谢酶的调控成为了疾病发生与诊疗研究的重要方向。然而传统的代谢研究方法如生化分析、质谱、核磁等难以在体、实时、高空间分辨地追踪细胞代谢的变化,也难以进行高通量、高内涵的药物筛选。我们发展了针对多种核心代谢物如NADH,葡萄糖、氨基酸的系列遗传编码荧光探针,可以用于动态原位地监测细胞内代谢物的变化雨分布,并在单细胞、亚细胞与活体水平上对糖酵解、三羧酸循环等重要代谢途径中的酶活力进行高时空分辨的实时分析。这些代谢物探针对相关代谢酶的抑制与敲除显示了良好的响应。在此基础上,我们进行了基于细胞代谢的首次活细胞水平高通量化合物筛选,鉴定了几百个调节细胞代谢活性的化合物,并综合利用代谢组学、化学遗传学等技术分析其靶标。我们发现,多种重要药物可能具有新的代谢酶靶标；而一些具有新颖结构的氧化还原循环体可让细胞产生剧烈氧化应激,可在低浓度下广泛杀伤不同人体组织来源的癌细胞。这些单细胞水平代谢酶活力测定技术科为人们更好地了解物质与能量代谢的调节机制提供新工具与手段,也可为药物发现提供新的技术平台和依据。