论文中文摘要

铁是地球含量最为丰富的元素，为微生物、植物、动物和人类等生命体所必需，对生命维护至关重要；铁离子介导的氧化压力是生命起源的原始动力。铁是血红蛋白、过氧化氢酶和过氧化物酶等众多关键蛋白和酶的活性成分。铁离子是氧化还原体系不可缺少的因子，在新陈代谢、生物催化、呼吸链电子传递、氧气运输、能量维持、免疫调控等方面都发挥重要作用。铁不仅是生命延续的必需元素，也是细胞程序性坏死-铁死亡的必要组分。铁稳态失衡是贫血、血色病、肿瘤、心脑血管疾病、糖尿病等众多疾病发生的关键病因；靶向调控铁离子稳态已成为防治众多重大疾病有效策略，并有临床新药广泛使用。随着科学与技术的迅猛发展，铁离子对生命与健康的意义远比人类预测更深远和复杂。近年铁死亡成为全球生命医学十大热点之一，并被持续广泛关注；铁死亡和铁代谢的科学研究范式呈现出交叉性、多样化、多领域及集成式发展态势。因此，我们提出“铁科学（Ferrology）”，它是一门以铁元素为生命核心要素的新兴交叉新学科。该学科体系主要探索铁离子驱动生命起源及生命全过程的科学规律并系统性研究涵盖铁离子从“分子-细胞-个体-群体”多层次到“全生命周期、多维度、跨物种间”个性及共性规律。本文简要介绍与讨论铁科学的定义、研究范畴及未来方向。铁科学的界定将引领铁相关研究的范式变革，相信这一新兴学科体系的构建将极大推动铁研究诸多领域交叉融合并不断向广度及深度推进，为防控疾病维护人类健康提供科学支撑。

论文前言

随着科学技术的不断发展，人类对于铁元素的重要性有了越来越多的关注和了解。铁是地球最为丰富元素，占地球总含量的35%（图1）。铁元素是恒星聚变反应的终点，是第一星族的特有产物。在生命早期演化过程中，铁元素因其丰度和价态可变性成为早期生命形态首选的酶反应中心和能量获取方式。简言之，铁离子介导的氧化压力是生命起源和进化的原始动力[1, 2]。

铁元素不仅在生命起源以及早期生命演化中扮演着重要角色，而且与几乎所有生命形式繁殖、组织器官功能维持、抵御异源物质或病原体入侵等密切相关，铁离子是微生物、植物、动物和人类等生命体必需金属元素，对生命维护至关重要。铁离子是氧化还原体系不可缺少的因子，在新陈代谢、生物催化、呼吸链电子传递、氧气运输、能量维持、免疫调控等方面都发挥关键作用（图1）[3-6]。机体存在精密的铁稳态调控体系，主要包括吸收、转运、代谢，外排和储存等多个环节的精密协调。铁离子过少或过多均会引发生命异常，导致疾病，甚至造成死亡。铁稳态失衡是贫血、血色病、肿瘤、心脑血管疾病、糖尿病等众多疾病发生的关键病因；靶向调控铁离子稳态成为防治众多重大疾病充满希望的有效策略，并有临床新药广泛使用[6]。有趣的是，铁不仅是生命延续及新陈代谢所必需的元素，也是细胞程序化死亡-铁死亡的必要分子。铁死亡是近年被提出的一种非凋亡的新型细胞死亡方式[7]。大量研究表明铁死亡介导了中枢神经系统退行性性疾病、肿瘤、心血管疾病、糖尿病、肝脏疾病等发生发展[3, 4]；因此，靶向铁死亡成为这些重大疾病的充满希望的防治新策略[8]。

铁元素对生命体的重要性的深度与广度远远超过其他众多金属元素，更超越人类对铁的预测。铁是生命体生存的关键要素，对生命与健康的重要性远比人类预测的更深远和复杂。探索生命体内铁元素的研究方法和学科涉及无机化学、有机化学、生理学、病理学与病理生理学、细胞生物学、遗传学、营养与食品卫生学、植物学、微生物学、材料物理与化学等众多学科与科技体系。没有一个单一学科，例如生物学或医学，能够涵盖铁元素的必要性、多样性及复杂性。经过多年的科研实践与凝练提升，我们在这里提出以铁元素为核心的新学科-《铁科学》。铁科学对应的英文单词，定义为Ferrology。铁科学是一个崭新的学科，它借助于其他众多学科支撑发展，但绝不等同于或被涵盖于当今任何一个学科。本文简要介绍与讨论铁科学的学科定义、学科范畴、学科研究内容以及学科产生与发展的必要性和重大意义。敬请广大科学同仁提出宝贵建议，帮助丰富完善该新学科。期待更多的科研团队加入到这个新学科建设与发展，为造福民生贡献力量。

1. 铁科学的定义及研究范畴 

2. 铁参与维持蛋白质结构和功能

3.铁在生物体中的功能

4. 铁元素与细胞死亡

5. 铁元素与纳米新材料

论文结语

铁科学（Ferrology）作为一门新兴交叉学科，聚焦于探索铁元素在生命起源和生命周期中的科学规律。铁科学呈现出交叉性、多样化、多领域和集成化的发展态势。铁科学的研究范畴包括从分子到个体的多层次研究，涉及生命全过程和跨物种间的个性和共性规律。其中铁死亡和铁代谢已成为全球生命科学及医学的研究热点，致病机制及临床转化研究已拓展至贫血、血色病、肿瘤、心脑血管疾病和糖尿病等多种疾病的致病机制研究中，在学术界引起广泛的关注。

作为一门以铁元素为核心的多学科交叉的新兴学科，铁科学对于诸多相关学科的发展不仅提供科技支撑，而且具有重大指导意义及应用前景。首先，通过铁科学的建立与发展，我们能够全方位理解铁元素的生物学功能，探究并阐明铁离子稳态的“分子-细胞-器官-个体”的时空调控机制，丰富和拓展以铁为核心的铁科学的理论体系；第二点，铁科学的深入研究将为精准预防和治疗铁代谢异常及铁死亡相关的多种病提供新思路与新策略；第三点，铁科学的研究将为促进工业、农业及畜牧业的可持续发展提供理论依据；第四点，铁科学的蓬勃发展，将为相关诸多学科提供多元化技术支撑；第五点，铁科学的构建与深入研究，将为地球生物乃至宇宙生命的延续提供全新视角。

驻足此刻，虽已硕果累累，铁科学仍有前路漫漫，很多关键科学问题需要解决，如血红素铁的吸收机制、铁死亡的效应基因以及铁代谢在不同组织器官的差异性调控等难题。展望未来，铁科学集中整合研究模式，推进以铁为核心的交叉和集成式学科发展进程，深入探索铁在生命体不同时期、不同状态及不同组织器官及细胞内的功能和机制，为防治疾病、改善营养健康，乃至推动精准医学迈进新的阶段提供科技支撑。以铁科学作为新起点，为人类的健康事业注入新的活力和动力。

值得强调的是铁科学作为研究铁元素的交叉新型学科，绝不仅仅局限于生物学和生命医学领域。铁元素在工业生产等多种人类赖以生存的产业中同样发挥不可替代的关键作用，例如日常工具、建筑材料、铁路高铁、交通汽车等。对铁元素的深入理解及更好地利用需要全科学链条和全科学领域的协同攻关。我们相信，铁科学将会为“利用铁元素造福人类”发挥无可替代的科技支撑。