《細胞之歌》：我們應當試著「認識自己」

這本書講述的是一個關於細胞的故事。

作者試圖以生命最基本、最簡單的單位 – 細胞 – 來理解整個生命的奧秘。
書中的人物、故事與科學探索，圍繞著人類如何藉由瞭解細胞的結構、生理、行為，以及細胞與細胞之間錯綜複雜的互動，去窺見生命的本質。

作者辛達塔‧穆克吉(Siddhartha Mukherjee)，是一位印度裔的腫瘤科學家，更是當代少數能以文學筆觸講述科學歷程的醫者。


他的首部曲 《萬病之王》是一部關於癌症的編年史，想要追尋一件事：
　　『我們可能在未來看到癌症的終局？永遠根絕它嗎？』

第二部曲《基因》則把焦點擺在遺傳的基本單位上，源於作者家族中纏繞不去的遺傳性精神疾病史，這是他面對自我與家族命運的追問：

　　『究竟是遺傳還是後天環境？』而其中又有多少比例是「先天」？多少則屬「後天」？

到了《細胞之歌》，穆克吉把視角拉回生命最初始的層次 – 細胞。這本書探討自主的生命單位 – 組織、器官及器官系統 – 他們如何協同運作，以維持我們的生理功能：免疫、生殖、知覺、認知、修復與再生。

但同時，這本書也講述另一層面 – 當細胞功能失調時，生命如何由細胞生理轉變為細胞病理 – 細胞的功能障礙所導致身體失衡、疾病孳生的一段科普故事。

本書細分為六部：

第一部 發現

這本書的主旨是想探究：細胞病理如何導致身體功能失常。因此穆克吉從被稱為細胞病理學之父的魏修(Rudolf Virchow)談起。醫學院學生時代的魏修曾說過：「真正的知識是明白自己的無知。」這句話成為他鑽研病理學的原動力 – 如果這個領域不存在，那麼他就自己開始從頭打造。

故事回溯至17世紀晚期，細胞的發現是一段來回交織的歷史。虎克(Robert Hooke)以顯微鏡觀察軟木切片所看到的細胞壁，將其取名為細胞(cells, 來自拉丁文cella, 意思是小房間)，雖然虎克看到的不是現代意義上真正完整的細胞；隨後雷文霍克(Antonie van Leeuwenhoek)將水滴置於顯微鏡下觀察，驚覺其中游動著無數微小生物，這是顯微世界首度真切地呈現在人們眼前。

進入19世紀，許萊登(Matthias Schleiden)與許旺(Theodor Schwann)將前人的觀察與研究成果整合，提出大膽卻又關鍵的命題，為細胞學說奠定了前兩個基礎原則：

　　(1)所有生物體都是由一個或多個細胞所組成。
　　(2)細胞是生物體結構和組織的基本單位。

魏修在此基礎上進一步集大成，提出決定性的論點：「細胞來自細胞。」指出除非透過直接的繼承，否則就沒有生命。他開始質疑：細胞功能障礙是否即是疾病的根源？當時的心臟衰竭或肝硬化會是更深層次潛在的功能失調嗎？換言之，所有病理學是否都可歸結為細胞病理學？

因此魏修替細胞學說拓展出另三條更重要的原則：

　　(3)所有細胞都來自其他細胞
　　(4)正常生理是細胞生理發揮功能
　　(5)疾病，生理機能的破壞，是細胞生理遭到破壞的結果

此章節不僅是科學發現的編年史，更像是一場思維的革命 – 由肉眼可見的器官回到微觀的細胞層次，發掘並理解健康與疾病的根本。

第二部 一與多

在這一部中，穆克吉將視角從細胞的外部世界切回內部宇宙 – 他開始剖析細胞內的結構、運作機制以及繁殖過程。這些看似微觀的活動，卻是生命秩序得以維持的基礎。在眾多細節中，有三個過程令我印象特別深刻：

(1)蛋白質的運輸之旅：細胞內的郵政系統

蛋白質在細胞中的旅程極為繁雜，其路徑大致為：
　　核糖體(RNA翻譯出蛋白質)→內質網→高基氏體→分泌顆粒→最終抵達正確位置

穆克吉將整個過程比喻為一個精密的郵政系統。旅程由「基因的語言代碼」開啟 – RNA負責撰寫信件的內容，而核糖體就是那位寫信人，把信(即蛋白質)逐字逐句書寫出來(即合成)。接著，此信件被投進「郵箱」(蛋白質進入內質網的孔隙)，再送往「中央郵局」(即內質網本體)，再由「分揀系統」(即高基氏體)進一步整理包裝，最終送上「郵務車」(分泌顆粒)送往正確的目的地。

有趣的是，每封「信」上都帶有專屬的郵遞編碼 – 蛋白質上的特定代碼會告訴細胞：「這裡才是我要去的地方。」如此，細胞內的蛋白質運輸方得以井然有序，毫不混亂。

(2)細胞核內的秘密：基因的開關

細胞核內部的世界，仍然隱藏著許多未知。雖然我們已能確認它並非一團無序的物質，而是具有一定的組織與分區，但目前科學界對這些區域的運作仍知之甚少 – 細胞核仍是一個等待被揭開的謎。

不過仍有些關鍵機制已然浮現。例如，某些蛋白質能穿越細胞質，通過細胞核膜上的孔道，與DNA結合以開啟或關閉基因的開關。穆克吉認為此一過程至關重要 – 它賦予了細胞「身分」。正是這些開關組合，讓神經元成為神經元，白血球成為白血球。

在生物體發育的過程中，基因與其編碼出的蛋白質如同指揮家，告訴細胞它們的相對位置，並指揮它們未來的命運！

(3)有絲分裂

細胞分裂可說是生命週期中最壯觀的內在劇場，其完整過程可分為五個階段：
　　G0→G1→S→G2→M(有絲分裂本身)

• G0：是指循環的休息，即有絲分裂後的靜止期。細胞在此階段停止分裂，維持功能。多數的神經元細胞永遠不會分裂，而處於於階段。
• G1：此階段在顯微鏡下雖看不出變化，但就分子層面已經開始活躍 –  蛋白質已被合成、粒線體經過複製，並召喚各項營養素，為進入分裂作足準備。這是細胞決定是否要進行細胞分裂的第一個關鍵檢查點。
• S期：這個階段則是聚焦在細胞核，包含染色體的複製、新DNA被合成，確保遺傳訊息能被精確傳承。
• G2： 第二個休息階段。它令人難以理解，為何在染色體被複製後卻讓細胞暫停分裂？它的存在是作為細胞分裂的最後檢查點，因為細胞無法承受染色體的各式災難，例如：易位、DNA臂斷裂、嚴重突變、缺失等，在生成新細胞前應確保DNA沒有損傷。
• M期(有絲分裂)：母細胞此時分裂為兩個子細胞。

這一連串看機械化的週期，實則蘊含著驚人的精確與秩序。細胞在分裂與休止之間，如同譜出生命的節奏，從一到多、從靜止到繁衍，正是生命最詩意的律動。

第三部 血液

這一部堪稱全書的精華所在。

穆克吉本身就是一名血液腫瘤科醫師，他在這裡不僅是旁觀者，更是與血液、與病人、與生命搏鬥的第一線見證者。

一、血液與止血的奧秘

作者首先介紹紅血球與血小板的構造，以及它們被發現與研究的歷程。在血液中，有兩個系統負責止血：

• 血小板
• 凝血蛋白，其中最關鍵的是vWf因子

這兩者能夠彼此溝通 – 血小板附著、聚集，vWf因子則加強凝固，兩者相互放大彼此的作用，最終形成穩定的血栓，讓傷口得以癒合。

然而諷刺的是，這套拯救生命的機制，在現代卻成為奪命的隱憂。

遠古的人類在野外求生，隨時可能受傷、失血，因此血液需要快速凝固；而現代人卻常因生活久坐、飲食失衡，反倒希望血小板不要太過活躍，進而導致血栓堵塞血管 – 當這種堵塞發生在心臟的動脈，就是所謂的「heart attack(心臟病發作)」。Attack這個字眼，正揭示了這種事件的突發與猛烈。

二、免疫系統：人體的防衛軍團

接著，穆克吉帶領我們進入免疫系統的世界。

他從最前線的防衛者談起 – 嗜中性白血球、巨噬細胞、單核球與樹突細胞。這一類細胞屬於身體的先遣急救部隊，能在病原入侵的第一時間趕赴現場。直到 1940 年代，此系統才正式被命名為「先天免疫系統(innate immune system)」。

作者進一步帶領我們思索：「我們能否重新設計免疫系統？」

他設想，如果能「定向」單核細胞 – 讓它們專門吞噬並殺死特定的細胞，甚至在受體上與癌細胞的蛋白質結合，創造出不會激起發炎反應的吞噬體，那麼我們或許能打造出一套新型免疫系統來主動對抗癌症。此即為癌症的免疫療法概念。

三、B細胞與T細胞：免疫記憶的建構

免疫系統的另一層次，是具備「記憶」的後天免疫。穆克吉詳細解釋了兩種核心角色 – B細胞與T細胞。

　(1)B細胞：記憶與抗體的源頭

每一種B細胞表面都擁有獨特的受體，當遇到與它匹配的抗原(毒素或外來蛋白質)時，該細胞便會爆炸式複製，產生短壽命的抗體分泌細胞，進而形成分泌抗體的漿細胞。其中一部分漿細胞會成為長壽命的記憶B細胞，讓我們的身體得以「記住」入侵者 – 這正是免疫力擁有「記憶」的生物學基礎。

更驚奇的是，若能說服抗體(它是B細胞)攻擊癌細胞的話呢？1975 年，科學家進一步將B細胞與癌細胞融合，利用一種能使細胞融合的病毒，創造出「不朽的漿細胞」(稱為融合瘤)。此時該細胞能永遠僅分泌單一種類的抗體，稱為單株抗體(monoclonal antibody)。這項技術奠定了現代抗癌藥物(如賀癌平、莫須瘤[抗CD20]等)的基礎，也讓「免疫治療」從夢想變成現實。

　(2)T細胞：免疫系統的雙翼與靈魂

T細胞則分為兩個主要「攻擊側翼」：

• CD8 殺手T細胞：當病毒潛入人體細胞內，受感染的細胞會透過第一類MHC蛋白將病毒片段呈遞至表面，讓具有CD8標記的殺手T細胞識別，並直接殺死受感染的細胞。
• CD4 輔助性T細胞：這類T細胞負責偵測外來病原(透過第二類MHC蛋白呈遞)，但它們不直接殺敵(不是殺手)，而是整個免疫系統的「策畫中樞」與「橋梁」，協調先天免疫與後天免疫，讓所有免疫細胞協同作戰，因此被稱為「輔助性T細胞」。

四、胸腺與中樞耐受

值得一提的是，1960年代免疫學家開始認真研究耐受性。T細胞其實並非在胸腺(thymus)中誕生，而是在骨髓中生成的不成熟細胞，直到遷移至胸腺後才逐漸成熟。胸腺的作用不僅是訓練，還包括篩選 – 它讓錯誤攻擊自身組織的T細胞被淘汰，這個過程稱為中樞耐受(central tolerance)。然而當篩選失靈，未成熟的T細胞可能攻擊自己的身體，導致自體免疫疾病。

而人體的奧妙之處就在於此，所有的機制都互相牽制。

老天爺又設計了一套「剎車機制」– 調節性T細胞(T regulatory cell, Treg)。這類細胞外觀與一般T細胞幾乎無異，但它卻能抑制免疫反應 – 瞄準發炎部位，釋放抗炎信號(一種可溶因子)來抑制T細胞的活性。在過度防禦與自我攻擊之間維持微妙的平衡。惟穆克吉認為，Treg 仍然是個謎。

[題外話] 我曾在《免疫系統全方位復原計畫》，是一本好書嗎？ 中提到一個有趣的觀點，該書提出的治療目標是平衡殺手細胞與產生抗體的細胞，也就是修復調控型T細胞 – 不是單純強化免疫力，而是重新平衡免疫系統，來關閉過度的免疫反應；

[更新] 而巧合的是，2025年諾貝爾生醫獎頒給免疫學領域的三位科學家，他們證明Foxp3基因控制著調控型T細胞的發育、分化與維持抑制功能。Foxp3乃調控型T細胞的關鍵轉錄因子。


第四部 知識

這本書源起於2017~2021年間，穆克吉為New Yorker雜誌撰寫的三篇文章(有關改造T細胞、細胞生態學、病毒在細胞與身體如何作用)作為種子構想。

而後作者在新冠疫情(COVID-19)階段構思與撰寫的，他直言新冠肺炎所造成的中心病理是「免疫失調」(immunological misfiring)，即免疫細胞功能異常。

一、病毒的詭計與身體的誤判

新冠病毒之所以致命，並非僅因它的傳染力，而是它能挾持人體內細胞，欺騙身體無法發出早期的警報 – 讓身體在早期階段「誤以為一切正常」。然而，當免疫系統終於察覺異狀時，反應已然遲緩卻又過於猛烈。它像是一個驚醒後的軍隊，在扣下第二波強大的警報啟動器後，慌亂地全面開火 – 免疫細胞不再精準鎖定目標，而是展開「地毯式轟炸」，產生大量發炎介質、細胞激素風暴，最終傷及自身組織。這種「早期沉默、後期暴走」的免疫錯亂，正是許多病患從無症狀感染，突然惡化為重症的根本原因。

而我甚至認為，這免疫錯亂可能是許多「長新冠」及相關後遺症的遠因之一。

二、隱藏的基因陷阱：TLR7的失活突變

穆克吉也引用當時的研究發現：部分重症患者帶有TLR7基因的失活突變。TLR7是一種位於免疫細胞內的感測器蛋白，它是病毒入侵的重要偵測器，能在病毒入侵時啟動第一波防禦反應 – 干擾素(interferon)訊號。一旦這個基因失效，免疫系統就失去了早期的「預警雷達」，使病毒得以在體內迅速擴散，而後期的免疫反應又因此暴走失控。

更有意思的是，這個突變主要位於X染色體上，因此男性發病的機率更高。這類基因缺陷在疫情前幾乎難以察覺，而新冠疫情的爆發反而成了揭露它的放大鏡。也讓我們重新理解「疾病」的定義：疾病並不只是病毒的攻擊，而是我們對攻擊的反應方式。

第五部 器官

這一部穆克吉將視角從單一細胞的微觀世界，擴展到細胞如何群體協作、形成器官，進而構築出整個生命體。它們各司其職，彼此協調。

一、心臟細胞：律動的公民細胞

作者以心臟作為器官協作的開場。1920 年，奧托‧勒維(Otto Loewi)進行了一場著名的實驗：他發現迷走神經(vagus nerve)能送出脈衝來並釋放一種化學訊號，藉此減緩心跳。這個神經傳導物質後來被確認為乙醯膽鹼(acetylcholine)。勒維也因此獲得1936年諾貝爾生醫獎，他解釋了神經脈衝的化學機制 – 心臟因此不再只是獨自跳動的肌肉，而是一個受神經與化學雙重調控的器官。

二、神經細胞與神經膠細胞：大腦的清道夫

在談及神經系統時，穆克吉也提醒我們，大腦的運作並非僅靠神經元。神經膠細胞(glial cells或 glia)同樣至關重要，過去它被認為只是大腦的填充物，且遍布於整個神經系統，不會產生電脈衝，但如今證實其結構與功能和神經元一樣，尚且有著多樣化的關鍵功能：

1. 富含脂肪的分支延伸，把自己包裹在神經元周圍形成髓鞘(myelin sheath) 
2. 作為清道夫，努力清除大腦的殘骸與壞死細胞 
3. 為大腦提供營養 
4. 清除神經元突觸的傳導物質，重設神經元訊號(即突觸修剪)

後續的研究發現神經膠細胞負責修剪視覺系統的突觸連接，目前已指出當此修剪不當時，有可能發生的疾病有：精神分裂症、阿茲海默症、多發性硬化症與ASD光譜等

三、胰臟、腎臟與肝臟：恆定的守護者

在這三項器官的描寫中，作者以一句極具概括力的話作為總結：
「胰臟維持代謝的恆定性，腎臟維持鹽分的恆定性，肝臟維持化學的恆定性。」

這三個器官代表了生命平衡的三個維度 – 能量、滲透壓與毒物化學環境。它們日以繼夜地運作，維繫著內在的恆常(homeostasis)，讓我們在外界變化莫測的條件下仍能維持穩定。而穆克吉認為，胰島素或許屬於最重要的「長程」訊息，它充當中央協調者，安排全身的新陳代謝。

第六部 重生

在最後一部，穆克吉帶領讀者們回到生命最初的起點 – 幹細胞。

1960年代，科學家在骨隨中發現造血幹細胞(hematopoietic stem cells)，人們才明白原來有一種原始細胞可以生成多種血液細胞的世系 – 包括紅血球、白血球和血小板。這也可能是生命的根源。

其中最令人振奮的是故事，來自2006年的京都。日本科學家山中伸彌將一個看似平凡的細胞 – 小鼠尾尖的纖維母細胞(fibroblasts) – 一種紡錘形的普通細胞，透過引入四種特定基因(後被稱為山中因子)，成功重寫了該細胞的命運。而山中伸彌因此在2012年獲得諾貝爾生醫獎。

原本的皮膚纖維母細胞被重新編碼後，其染色體的包裹方式、代謝路徑與蛋白質摺疊結構都徹底改變，意即該細胞已轉變為幹細胞(被稱為誘導性多功能幹細胞, induced pluripotent stem cell, iPS細胞)。相較於人類胚胎幹細胞(human embryonic stem cells, h-ES細胞)，iPS細胞最大的優點是沒有道德倫理問題，更不會有組織相容性與免疫抑制的問題。

小結

《細胞之歌》讓我們從最微觀的層面重新理解生命。

透過一個又一個細胞的故事，我們看見了身體如何構成、修復與思考自己。
正如古羅馬哲學家所言：
　　　　　　　　　　　『認識你自己。』

穆克吉用科學的語言、文學家的筆觸，讓這句話有了生理上的迴響。