前言 粒線體是什麼？為何值得關注？
1989年7月，初為人母的派翠莎・史達林斯（Patricia Stallings）發現她三個月大的兒子萊恩在嬰兒床裡顯得無精打采。她立刻帶他前往密蘇里州聖路易斯的醫院，醫師安排了抽血檢查，以釐清病因。檢驗報告顯示，萊恩體內含有高濃度的乙二醇。這種化合物廣泛用於防凍劑中，極具毒性。因此，醫院懷疑萊恩遭到下毒，並通報相關單位。所幸，萊恩情況有所好轉，但出院後，社會服務部將他安置於寄養家庭。派翠莎與丈夫大衛每週僅能在受監督的情況下探視萊恩。五週過去，萊恩一切正常；然而，第六次探視後，他突然劇烈嘔吐，再度被送往醫院。調查人員發現，最後一次探視期間，派翠莎曾短暫單獨與嬰兒相處，加深了嫌疑。再次抽血後，檢驗結果顯示，萊恩體內乙二醇濃度更高。派翠莎因此遭到逮捕，並以涉嫌攻擊被起訴，而萊恩則被接上了維生設備。數日後，他在父親懷中離世，派翠莎因而被控一級謀殺罪。
三個月後，派翠莎在獄中等待毒害兒子的審判時，出現了意想不到的轉折，徹底改變案件走向。派翠莎發現自己再度懷孕，並於1990年2月誕下另一名男嬰小大衛（David Jr.，父母暱稱他為「DJ」）。孩子一出生便被帶離，並安置於寄養家庭。數週後，小大衛開始出現與萊恩類似的症狀——嘔吐與呼吸困難。寄養家庭將他送往另一家醫院，抽血化驗後，醫師診斷小大衛罹患了遺傳性疾病——甲基丙二酸血症（methylmalonic acidemia，MMA）。這是一種罕見疾病，其特徵是粒線體無法分解某些代謝物。醫師根據診斷，以特定的低蛋白飲食進行治療，小大衛因而得以存活。更重要的是，這讓人開始懷疑：萊恩過世前也許患有相同疾病，派翠莎可能是無辜的。事實上，萊恩殘存的血液樣本檢測結果顯示，他確實患有甲基丙二酸血症；但辯方並未傳喚專家證人來支持這一點。1990年底，派翠莎的審判正式展開，檢方尋求判處她終身監禁且不得假釋。正如稍後將提及，最後是兩名科學家介入，才影響了整個案件的發展。
時隔三十多年後，當我們在2022年聽聞此事，這個年輕家庭的遭遇深深觸動了我們。當時，我們已著手撰寫本書數月，這則案例正好強而有力地說明我們開展此計畫的原因。我們希望能幫助大家真正意識到粒線體對於生命運作的重要性，以及理解粒線體的作用與影響。達莉雅從事粒線體研究已逾二十載，她注意到無論是社會大眾，乃至醫學界，對粒線體都存在顯著的知識落差（正如上述案例所示）。
近年來，粒線體研究迅速增長，反而進一步擴大了知識鴻溝，導致大量混淆視聽的錯誤資訊傳播。達莉雅身為一名從事神經退化性疾病和其他疾病的粒線體功能異常研究學者，幾乎日日都得面對各種相關的觀念偏誤與誤解。伊曼紐則是一名作家，當他對這些微小胞器（organelle）開始萌生興趣，也親身體會到對非科學背景的人而言，要真正理解粒線體在日常生活中的作用是多麼困難。因此，我們的共同目標是寫一本既通俗易懂、又具備科學嚴謹的書。史達林斯一家的故事，顯示出對粒線體缺乏認識所可能付出的沉重代價；同時也提醒我們，這本書最終不僅關於這些胞器本身，更關乎承載它們的人類。
粒線體是什麼？為何值得關注？
粒線體的重要性不在話下，不僅是對萊恩或小大衛之類的嬰兒而言，乃至任何年齡層的人都至關重要。粒線體是存在於人體幾乎所有細胞的微小胞器，負責將我們從食物攝取的能量轉換成可供身體使用的能量，驅動人的每個動作、每次思考與每一下心跳。如此說來，「胞器」究竟為何？正如人體有心、肺與大腦等各種器官協同運作，以維持正常功能；細胞內也擁有各種胞器，負責維持細胞的運行。最廣為人知的胞器，也許是細胞核，但論能量，關鍵則在於粒線體。
粒線體能將我們從飲食攝取的能量轉換為三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，簡稱ATP），而ATP是細胞內儲存能量的分子，因此，粒線體又常被稱為「細胞的發電廠」；然而，這種說法源自數十年前，當時科學家對粒線體的其他功能仍知之甚少。粒線體的確對能量轉換至關重要，但它們同時也參與許多重要的細胞功能。例如，粒線體負責清除細胞中的有毒代謝物、啟動細胞受損部分的回收機制、幫助細胞排毒、補充細胞建構所需的基本材料、消滅無法修復的受損細胞、對抗病毒，並傳遞關於身體狀態的訊號。這些微小的奈米機器掌握著我們的生死，正因如此，粒腺體又被稱為「生命機器」。它們運作良好，我們才能維持健康生活；一旦出現異常，人體便會受到影響，甚至可能危及生命。因此，了解這些胞器，以及知道如何妥善照顧它們，將深刻影響你的一生健康。我們無法改變自身的基因組成，但透過維護粒線體功能，可以減輕細胞負擔，讓細胞能自我修復，甚至幫助其他細胞恢復。簡言之，你的生活習慣，決定了你的粒線體會變得更強健，或逐漸走向衰退。
本書分為兩大部分，首先探討粒線體對健康的影響，再進一步說明如何幫助它們更良好運作。第一部中，我們將介紹粒線體相關的科學知識，解釋這些微小胞器為何是維護健康的關鍵，以及支持它們的重要性。第1章裡，我們將介紹粒線體除了轉換食物能量之外的各種重要功能；一般普遍認為粒線體是靜態胞器，第2章將說明它們其實高度活躍；第3章則會帶你了解隨著年歲漸長，這些生命機器如何逐漸衰弱；第4章中，我們會解釋粒線體功能失調與數種常見（及部分罕見）疾病的關聯，包括神經退化性疾病、心臟病、第二型糖尿病、癌症、精神疾病、慢性疲勞症候群、長新冠、自閉症類群障礙、不孕症和原發性粒線體疾病等。第5章也是第一部的終章，我們將討論粒線體相關的先進醫療介入措施，這些科學進展不僅可能改善健康，甚至能改變我們對醫學的認知。理解新興醫療介入措施的運作原理，將有助於你更深入體會：健康的生活習慣究竟能帶來哪些益處與優勢。
第二部，我們將介紹一些切實可行的方法來調整生活方式，幫助你好好照顧自己的粒線體。簡單來說，我們會說明：你可以如何透過照顧粒線體來改善自己的健康。我們的目標是協助大家更深入認識粒線體相關的最新科學發現，進而能夠判斷新資訊的真偽、分辨事實與迷思，並做出更明智的健康選擇。我們在第6章將觸及運動的重要性，科學家普遍認為運動有益粒線體；第7章將回顧營養、斷食、維生素與保健食品等領域的最新研究；第8章會探討粒線體與腸道細菌（即腸道微生物組的一部分）之間的關係；第9章將說明充足睡眠的重要性；第10章則聚焦長期情緒壓力對粒線體的負面影響，並介紹一些紓壓方法；第11章彙整了生活中應避免的事物，包括（但不限於）吸菸、電子煙、酒精、空氣汙染、廢氣和農藥等。最後在結語部分，我們將分享對未來醫學發展的看法，並再次複習一些你能培養的習慣，以幫助自己的生命機器茁壯發展。
關於粒線體的10個小知識
為了協助從未聽說過粒線體（或已經有些遺忘）的讀者，下列整理了10個關於粒線體的小知識。別擔心，你無需一次全部記住，我們後續會在書中反覆提及相關概念：
1. 粒線體能轉換能量。粒線體會將我們從食物獲得的能量，轉換成名為三磷酸腺苷（ATP）的小分子，為細胞各種活動提供能量。此過程主要利用我們呼吸進來的氧氣來完成。請注意，我們不說粒線體「產生」能量——反之，它們是釋放儲存於食物的能量。粒線體的兩大燃料來源，主要為來自脂肪分解的脂肪酸與來自碳水化合物分解的葡萄糖。你或許會心想，蛋白質呢？蛋白質及其基本構成單位「胺基酸」亦可作為能量來源，特別是在脂肪酸與葡萄糖不足的情況下。
2. 它們由雙層膜包覆。內膜與外膜。ATP主要經由多重且精妙的步驟產生，此過程發生於內膜。部分特殊的粒線體不會生成ATP，而是利用能量來產熱——沒錯，粒線體也能幫助我們維持體溫。
3. 它們是終極多工高手。有人把粒線體視為提供能量的電池。然而，如前述，它們的功能遠不止於此。在此列舉部分功能為例：粒線體能傳遞訊號，調控細胞活動；清除嚴重受損或即將凋亡的細胞；協助細胞對抗病毒；以及產生細胞所需的重要基本材料。
4. 它們會移動。生物課教材常把粒線體描繪成靜態的豆形胞器，但其實它們十分活躍，會改變形狀、分裂與合併、在細胞內移動，甚至向其他細胞傳遞物質，或在細胞之間移動。
5. 它們的功能會隨時間退化。粒線體和身體其他系統一樣，隨著我們年紀越大，功能會自然下滑（此過程早在我們退休前數十年就已開始）。因此，我們必須盡可能地支持與照顧自身的粒腺體。
6. 人體內約有一萬兆個粒線體¹。粒線體的英文單數形為「mitochondrion」，但這些胞器通常是成群存在。一般細胞示意圖中，可能只會看到三至四個粒線體，但實際上，有些細胞可能擁有數百、甚至數千個粒線體。細胞內的粒線體數量主要取決於能量需求，像心肌細胞與神經元等高耗能細胞，通常擁有最多粒線體。人體中唯一不含粒線體的細胞是紅血球（可能因為它們需要最大空間來攜帶氧氣）。
7. 一般認為粒線體源自遠古細菌。目前主流理論認為，粒線體源於15億年前被早期細胞吞噬的細菌，進而開啟了一段「共生合作」的關係，使地球上所有複雜的生命形式得以出現（沒錯，動物與植物也都有粒線體）。
8. 粒線體擁有自己的基因（DNA）。粒線體源於遠古細菌，因而擁有獨立的DNA，稱為「粒線體DNA」（mtDNA），而且僅由母系遺傳。粒線體基因負責編碼粒線體中13種重要蛋白質，使粒線體能掌控正常運作所需的關鍵成分。
9. 粒線體與細胞核DNA緊密合作。粒線體雖擁有獨立的DNA，但不代表它們能自主運作。每個粒線體約含1,100到1,400種不同的蛋白質，其中除13種之外，其餘全由細胞核DNA編碼（換言之，它們的組裝指令儲存於細胞核）。
10. 許多慢性疾病與粒線體功能異常相關。其中包括老化相關疾病，如糖尿病與失智症等；以及較罕見、遺傳性的原發性粒線體疾病，後續章節將進一步討論。
為何了解粒腺體至關重要？
談到罕見的遺傳性疾病，甲基丙二酸血症正是其中之一，這又讓我們回想起派翠莎・史達林斯的故事。聖路易斯當地媒體得知派翠莎的新生兒患有甲基丙二酸血症之後，便持續關注這起事件。當時，威廉・史萊（William Sly）正好擔任聖路易斯大學生物化學系主任，他憶起系上一名年輕教師格外關注此案。詹姆士・舒馬克（James Shoemaker）那時剛加入該系不久，史萊鼓勵他成立實驗室，專門篩檢代謝疾病。如前述，萊恩（派翠莎過世的長子）當時仍留有一些血液樣本，於是，舒馬克檢測這些樣本，發現了萊恩也患有甲基丙二酸血症。
舒馬克在萊恩的血液中發現了名為「丙酸」（propionic acid）的物質。舒馬克與史萊身作為該領域的專家，深知丙酸會在甲基丙二酸血症患者體內累積，並且很容易被誤判為乙二醇。然而，當時這項重要知識並未於醫界廣泛傳播。1991年1月31日，派翠莎・史達林斯被判有罪；一個月後，她被判處終身監禁，且不得假釋。
判決之後，舒馬克始終難以釋懷。他與另一位年輕教師喬・霍夫曼（Joe Hoffman）對這起案件念念不忘，史萊幾乎日日看見他們在他辦公室門外討論此案。有一天，舒馬克走進史萊的辦公室，告訴他電視節目《未解之謎》（Unsolved Mysteries）將播出這起案件。
史萊告訴我們：「那天晚上，我和太太一起看了節目，實在令人心碎。」當節目以派翠莎的判決結果作終時，他知道自己必須有所行動。
為了確認其他實驗室是否也會將丙酸誤判為乙二醇，史萊與舒馬克將摻有丙酸的血液樣本送往七間不同實驗室檢測。結果不出所料，其中三間實驗室將丙酸誤判為乙二醇。於是，史萊發函郡檢察官喬治・麥克羅伊（George McElroy），並告知此資訊，敦促他重新審視此案。麥克羅伊看過史萊的信後，認為值得進一步調查，但仍希望徵詢另一位專家的意見。於是，他們聯絡了耶魯大學的皮耶羅・里納多（Piero Rinaldo），並提供他實驗室所有原始樣本，重新進行檢測。里納多的發現證實了他們的懷疑：萊恩並非中毒致死，而是罹患了甲基丙二酸血症。
1991年9月20日，在一間擠滿記者與電視攝影團隊的會議室裡，傑佛遜郡檢察官麥克羅伊宣布，密蘇里州將撤銷對派翠莎・史達林斯的所有指控。他也以個人身分並代表密蘇里州政府，向坐在身旁的史達林斯夫婦致歉。同時，麥克羅伊也宣布十八個月大的小大衛將被送回父母身邊。派翠莎倒抽一口氣，露出燦爛笑容，並努力忍住淚水；她的丈夫大衛則雙手掩面低下頭來，一時難以自持。
派翠莎・史達林斯並不是兇手，真正的「兇手」是甲基丙二酸血症。所謂的毒物也不是防凍劑，而是丙酸。當粒線體中的重要化學反應出問題時，丙酸便會在體內累積。案件中的實驗室誤判，正是源於對此機制缺乏認識。若當初 萊恩能正確獲得診斷，便能與小大衛相同，採用低蛋白飲食治療並存活下來。派翠莎・史達林斯的故事不僅僅是單一個案，而是人人都該理解的道理：各種粒線體功能異常，可能會在人生不同階段影響我們每一個人，因此，理解粒線體的重要性，並知道如何照顧它們，至關重要。粒線體確實相當複雜，但如果我們想真正了解健康與疾病，就必須更深入認識這些長期被誤解的胞器——這些「生命機器」。
時至今日，粒線體相關研究迅速增加，而且幾乎與生活各層面息息相關，我們旋即意識到，本書需要借助諸多分支領域的專家之力。此外，雖然我們都相當重視個人健康，但絕對稱不上是保健專家。因此，我們訪談了數十位科學家，深入閱讀大量研究論文，也參與了許多學術會議。我們與罹患嚴重粒線體功能異常的病患及其家屬見面，深受他們的勇氣與毅力觸動；我們也與研究人員交流，他們對這些微小胞器充滿熱情，並相信自己的研究有潛力改變大眾生活。刻板印象常認為科學家身處象牙塔中，但我們實際所接觸到的，卻是穿著實驗袍、關懷他人且致力於探求真相的一群人。史萊受訪時曾提及，派翠莎・史達林斯在指控撤銷後不久，有一天出現在他的辦公室。他回憶道：「她問我：『我能抱你一下嗎？』我回答：『當然可以。』那也是我最後一次見到她。」
我倆合著本書的契機，正值期盼一個新生命降臨的時刻。當時，為了照顧即將出生的女兒，我們搬到波士頓住了數月。我們在寒風刺骨的波士頓街頭漫步時，玩起了一個小遊戲：達莉雅會用五分鐘的時間，講述一個關於粒線體的有趣知識，接著伊曼紐得用自己的話再解釋一遍給她聽。這對我們來說，著實是一段深刻又令人受教的經驗——對毫無科學背景的伊曼紐而言，幾乎難以有條有理地重述達莉雅所分享的知識；而對達莉雅來說，她則意識到自己幾乎無法不用大量專業術語來清楚傳達概念。然而，久而久之，我們漸漸找到方法，透過比喻與故事來談論這些概念。當我們終於能「說同一種語言」時，新的敬畏之情也在心中油然而生——對生命本身的敬畏，以及對維繫生命的微小機器的驚嘆。
我們滿懷喜悅地成為祖父母並回到加州後，迫不急待與人分享的，不僅是可愛孫子的照片，還有粒線體最新研究和各種引人入勝的發現。除了養育四名子女之外，我們二人過去從未合作過；但這一次，我們心知自己非寫不可，而且本書的分工也十分明確。達莉雅身為科學家，負責深入研究科學報告，並提出詳盡的疑問；而伊曼紐身為作家，則負責提出看似簡單的問題，例如：「這對我有何影響？」以及「我們能做些什麼來幫助粒線體？」。我們希望攜手寫出一本淺顯易懂又具備科學嚴謹的著作。為了方便閱讀，全書採第一人稱複數來敘述；不過，想當然爾，其中的科學觀點主要來自達莉雅，其餘內容則反映了我們三年探索之旅的共同經驗。
誠摯邀請你一同加入這段歷程，並在之後開啟屬於自己的探索之路。
1989年7月，初為人母的派翠莎・史達林斯（Patricia Stallings）發現她三個月大的兒子萊恩在嬰兒床裡顯得無精打采。她立刻帶他前往密蘇里州聖路易斯的醫院，醫師安排了抽血檢查，以釐清病因。檢驗報告顯示，萊恩體內含有高濃度的乙二醇。這種化合物廣泛用於防凍劑中，極具毒性。因此，醫院懷疑萊恩遭到下毒，並通報相關單位。所幸，萊恩情況有所好轉，但出院後，社會服務部將他安置於寄養家庭。派翠莎與丈夫大衛每週僅能在受監督的情況下探視萊恩。五週過去，萊恩一切正常；然而，第六次探視後，他突然劇烈嘔吐，再度被送往醫院。調查人員發現，最後一次探視期間，派翠莎曾短暫單獨與嬰兒相處，加深了嫌疑。再次抽血後，檢驗結果顯示，萊恩體內乙二醇濃度更高。派翠莎因此遭到逮捕，並以涉嫌攻擊被起訴，而萊恩則被接上了維生設備。數日後，他在父親懷中離世，派翠莎因而被控一級謀殺罪。
三個月後，派翠莎在獄中等待毒害兒子的審判時，出現了意想不到的轉折，徹底改變案件走向。派翠莎發現自己再度懷孕，並於1990年2月誕下另一名男嬰小大衛（David Jr.，父母暱稱他為「DJ」）。孩子一出生便被帶離，並安置於寄養家庭。數週後，小大衛開始出現與萊恩類似的症狀——嘔吐與呼吸困難。寄養家庭將他送往另一家醫院，抽血化驗後，醫師診斷小大衛罹患了遺傳性疾病——甲基丙二酸血症（methylmalonic acidemia，MMA）。這是一種罕見疾病，其特徵是粒線體無法分解某些代謝物。醫師根據診斷，以特定的低蛋白飲食進行治療，小大衛因而得以存活。更重要的是，這讓人開始懷疑：萊恩過世前也許患有相同疾病，派翠莎可能是無辜的。事實上，萊恩殘存的血液樣本檢測結果顯示，他確實患有甲基丙二酸血症；但辯方並未傳喚專家證人來支持這一點。1990年底，派翠莎的審判正式展開，檢方尋求判處她終身監禁且不得假釋。正如稍後將提及，最後是兩名科學家介入，才影響了整個案件的發展。
時隔三十多年後，當我們在2022年聽聞此事，這個年輕家庭的遭遇深深觸動了我們。當時，我們已著手撰寫本書數月，這則案例正好強而有力地說明我們開展此計畫的原因。我們希望能幫助大家真正意識到粒線體對於生命運作的重要性，以及理解粒線體的作用與影響。達莉雅從事粒線體研究已逾二十載，她注意到無論是社會大眾，乃至醫學界，對粒線體都存在顯著的知識落差（正如上述案例所示）。
近年來，粒線體研究迅速增長，反而進一步擴大了知識鴻溝，導致大量混淆視聽的錯誤資訊傳播。達莉雅身為一名從事神經退化性疾病和其他疾病的粒線體功能異常研究學者，幾乎日日都得面對各種相關的觀念偏誤與誤解。伊曼紐則是一名作家，當他對這些微小胞器（organelle）開始萌生興趣，也親身體會到對非科學背景的人而言，要真正理解粒線體在日常生活中的作用是多麼困難。因此，我們的共同目標是寫一本既通俗易懂、又具備科學嚴謹的書。史達林斯一家的故事，顯示出對粒線體缺乏認識所可能付出的沉重代價；同時也提醒我們，這本書最終不僅關於這些胞器本身，更關乎承載它們的人類。
粒線體是什麼？為何值得關注？
粒線體的重要性不在話下，不僅是對萊恩或小大衛之類的嬰兒而言，乃至任何年齡層的人都至關重要。粒線體是存在於人體幾乎所有細胞的微小胞器，負責將我們從食物攝取的能量轉換成可供身體使用的能量，驅動人的每個動作、每次思考與每一下心跳。如此說來，「胞器」究竟為何？正如人體有心、肺與大腦等各種器官協同運作，以維持正常功能；細胞內也擁有各種胞器，負責維持細胞的運行。最廣為人知的胞器，也許是細胞核，但論能量，關鍵則在於粒線體。
粒線體能將我們從飲食攝取的能量轉換為三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，簡稱ATP），而ATP是細胞內儲存能量的分子，因此，粒線體又常被稱為「細胞的發電廠」；然而，這種說法源自數十年前，當時科學家對粒線體的其他功能仍知之甚少。粒線體的確對能量轉換至關重要，但它們同時也參與許多重要的細胞功能。例如，粒線體負責清除細胞中的有毒代謝物、啟動細胞受損部分的回收機制、幫助細胞排毒、補充細胞建構所需的基本材料、消滅無法修復的受損細胞、對抗病毒，並傳遞關於身體狀態的訊號。這些微小的奈米機器掌握著我們的生死，正因如此，粒腺體又被稱為「生命機器」。它們運作良好，我們才能維持健康生活；一旦出現異常，人體便會受到影響，甚至可能危及生命。因此，了解這些胞器，以及知道如何妥善照顧它們，將深刻影響你的一生健康。我們無法改變自身的基因組成，但透過維護粒線體功能，可以減輕細胞負擔，讓細胞能自我修復，甚至幫助其他細胞恢復。簡言之，你的生活習慣，決定了你的粒線體會變得更強健，或逐漸走向衰退。
本書分為兩大部分，首先探討粒線體對健康的影響，再進一步說明如何幫助它們更良好運作。第一部中，我們將介紹粒線體相關的科學知識，解釋這些微小胞器為何是維護健康的關鍵，以及支持它們的重要性。第1章裡，我們將介紹粒線體除了轉換食物能量之外的各種重要功能；一般普遍認為粒線體是靜態胞器，第2章將說明它們其實高度活躍；第3章則會帶你了解隨著年歲漸長，這些生命機器如何逐漸衰弱；第4章中，我們會解釋粒線體功能失調與數種常見（及部分罕見）疾病的關聯，包括神經退化性疾病、心臟病、第二型糖尿病、癌症、精神疾病、慢性疲勞症候群、長新冠、自閉症類群障礙、不孕症和原發性粒線體疾病等。第5章也是第一部的終章，我們將討論粒線體相關的先進醫療介入措施，這些科學進展不僅可能改善健康，甚至能改變我們對醫學的認知。理解新興醫療介入措施的運作原理，將有助於你更深入體會：健康的生活習慣究竟能帶來哪些益處與優勢。
第二部，我們將介紹一些切實可行的方法來調整生活方式，幫助你好好照顧自己的粒線體。簡單來說，我們會說明：你可以如何透過照顧粒線體來改善自己的健康。我們的目標是協助大家更深入認識粒線體相關的最新科學發現，進而能夠判斷新資訊的真偽、分辨事實與迷思，並做出更明智的健康選擇。我們在第6章將觸及運動的重要性，科學家普遍認為運動有益粒線體；第7章將回顧營養、斷食、維生素與保健食品等領域的最新研究；第8章會探討粒線體與腸道細菌（即腸道微生物組的一部分）之間的關係；第9章將說明充足睡眠的重要性；第10章則聚焦長期情緒壓力對粒線體的負面影響，並介紹一些紓壓方法；第11章彙整了生活中應避免的事物，包括（但不限於）吸菸、電子煙、酒精、空氣汙染、廢氣和農藥等。最後在結語部分，我們將分享對未來醫學發展的看法，並再次複習一些你能培養的習慣，以幫助自己的生命機器茁壯發展。
關於粒線體的10個小知識
為了協助從未聽說過粒線體（或已經有些遺忘）的讀者，下列整理了10個關於粒線體的小知識。別擔心，你無需一次全部記住，我們後續會在書中反覆提及相關概念：
1. 粒線體能轉換能量。粒線體會將我們從食物獲得的能量，轉換成名為三磷酸腺苷（ATP）的小分子，為細胞各種活動提供能量。此過程主要利用我們呼吸進來的氧氣來完成。請注意，我們不說粒線體「產生」能量——反之，它們是釋放儲存於食物的能量。粒線體的兩大燃料來源，主要為來自脂肪分解的脂肪酸與來自碳水化合物分解的葡萄糖。你或許會心想，蛋白質呢？蛋白質及其基本構成單位「胺基酸」亦可作為能量來源，特別是在脂肪酸與葡萄糖不足的情況下。
2. 它們由雙層膜包覆。內膜與外膜。ATP主要經由多重且精妙的步驟產生，此過程發生於內膜。部分特殊的粒線體不會生成ATP，而是利用能量來產熱——沒錯，粒線體也能幫助我們維持體溫。
3. 它們是終極多工高手。有人把粒線體視為提供能量的電池。然而，如前述，它們的功能遠不止於此。在此列舉部分功能為例：粒線體能傳遞訊號，調控細胞活動；清除嚴重受損或即將凋亡的細胞；協助細胞對抗病毒；以及產生細胞所需的重要基本材料。
4. 它們會移動。生物課教材常把粒線體描繪成靜態的豆形胞器，但其實它們十分活躍，會改變形狀、分裂與合併、在細胞內移動，甚至向其他細胞傳遞物質，或在細胞之間移動。
5. 它們的功能會隨時間退化。粒線體和身體其他系統一樣，隨著我們年紀越大，功能會自然下滑（此過程早在我們退休前數十年就已開始）。因此，我們必須盡可能地支持與照顧自身的粒腺體。
6. 人體內約有一萬兆個粒線體¹。粒線體的英文單數形為「mitochondrion」，但這些胞器通常是成群存在。一般細胞示意圖中，可能只會看到三至四個粒線體，但實際上，有些細胞可能擁有數百、甚至數千個粒線體。細胞內的粒線體數量主要取決於能量需求，像心肌細胞與神經元等高耗能細胞，通常擁有最多粒線體。人體中唯一不含粒線體的細胞是紅血球（可能因為它們需要最大空間來攜帶氧氣）。
7. 一般認為粒線體源自遠古細菌。目前主流理論認為，粒線體源於15億年前被早期細胞吞噬的細菌，進而開啟了一段「共生合作」的關係，使地球上所有複雜的生命形式得以出現（沒錯，動物與植物也都有粒線體）。
8. 粒線體擁有自己的基因（DNA）。粒線體源於遠古細菌，因而擁有獨立的DNA，稱為「粒線體DNA」（mtDNA），而且僅由母系遺傳。粒線體基因負責編碼粒線體中13種重要蛋白質，使粒線體能掌控正常運作所需的關鍵成分。
9. 粒線體與細胞核DNA緊密合作。粒線體雖擁有獨立的DNA，但不代表它們能自主運作。每個粒線體約含1,100到1,400種不同的蛋白質，其中除13種之外，其餘全由細胞核DNA編碼（換言之，它們的組裝指令儲存於細胞核）。
10. 許多慢性疾病與粒線體功能異常相關。其中包括老化相關疾病，如糖尿病與失智症等；以及較罕見、遺傳性的原發性粒線體疾病，後續章節將進一步討論。
為何了解粒腺體至關重要？
談到罕見的遺傳性疾病，甲基丙二酸血症正是其中之一，這又讓我們回想起派翠莎・史達林斯的故事。聖路易斯當地媒體得知派翠莎的新生兒患有甲基丙二酸血症之後，便持續關注這起事件。當時，威廉・史萊（William Sly）正好擔任聖路易斯大學生物化學系主任，他憶起系上一名年輕教師格外關注此案。詹姆士・舒馬克（James Shoemaker）那時剛加入該系不久，史萊鼓勵他成立實驗室，專門篩檢代謝疾病。如前述，萊恩（派翠莎過世的長子）當時仍留有一些血液樣本，於是，舒馬克檢測這些樣本，發現了萊恩也患有甲基丙二酸血症。
舒馬克在萊恩的血液中發現了名為「丙酸」（propionic acid）的物質。舒馬克與史萊身作為該領域的專家，深知丙酸會在甲基丙二酸血症患者體內累積，並且很容易被誤判為乙二醇。然而，當時這項重要知識並未於醫界廣泛傳播。1991年1月31日，派翠莎・史達林斯被判有罪；一個月後，她被判處終身監禁，且不得假釋。
判決之後，舒馬克始終難以釋懷。他與另一位年輕教師喬・霍夫曼（Joe Hoffman）對這起案件念念不忘，史萊幾乎日日看見他們在他辦公室門外討論此案。有一天，舒馬克走進史萊的辦公室，告訴他電視節目《未解之謎》（Unsolved Mysteries）將播出這起案件。
史萊告訴我們：「那天晚上，我和太太一起看了節目，實在令人心碎。」當節目以派翠莎的判決結果作終時，他知道自己必須有所行動。
為了確認其他實驗室是否也會將丙酸誤判為乙二醇，史萊與舒馬克將摻有丙酸的血液樣本送往七間不同實驗室檢測。結果不出所料，其中三間實驗室將丙酸誤判為乙二醇。於是，史萊發函郡檢察官喬治・麥克羅伊（George McElroy），並告知此資訊，敦促他重新審視此案。麥克羅伊看過史萊的信後，認為值得進一步調查，但仍希望徵詢另一位專家的意見。於是，他們聯絡了耶魯大學的皮耶羅・里納多（Piero Rinaldo），並提供他實驗室所有原始樣本，重新進行檢測。里納多的發現證實了他們的懷疑：萊恩並非中毒致死，而是罹患了甲基丙二酸血症。
1991年9月20日，在一間擠滿記者與電視攝影團隊的會議室裡，傑佛遜郡檢察官麥克羅伊宣布，密蘇里州將撤銷對派翠莎・史達林斯的所有指控。他也以個人身分並代表密蘇里州政府，向坐在身旁的史達林斯夫婦致歉。同時，麥克羅伊也宣布十八個月大的小大衛將被送回父母身邊。派翠莎倒抽一口氣，露出燦爛笑容，並努力忍住淚水；她的丈夫大衛則雙手掩面低下頭來，一時難以自持。
派翠莎・史達林斯並不是兇手，真正的「兇手」是甲基丙二酸血症。所謂的毒物也不是防凍劑，而是丙酸。當粒線體中的重要化學反應出問題時，丙酸便會在體內累積。案件中的實驗室誤判，正是源於對此機制缺乏認識。若當初 萊恩能正確獲得診斷，便能與小大衛相同，採用低蛋白飲食治療並存活下來。派翠莎・史達林斯的故事不僅僅是單一個案，而是人人都該理解的道理：各種粒線體功能異常，可能會在人生不同階段影響我們每一個人，因此，理解粒線體的重要性，並知道如何照顧它們，至關重要。粒線體確實相當複雜，但如果我們想真正了解健康與疾病，就必須更深入認識這些長期被誤解的胞器——這些「生命機器」。
時至今日，粒線體相關研究迅速增加，而且幾乎與生活各層面息息相關，我們旋即意識到，本書需要借助諸多分支領域的專家之力。此外，雖然我們都相當重視個人健康，但絕對稱不上是保健專家。因此，我們訪談了數十位科學家，深入閱讀大量研究論文，也參與了許多學術會議。我們與罹患嚴重粒線體功能異常的病患及其家屬見面，深受他們的勇氣與毅力觸動；我們也與研究人員交流，他們對這些微小胞器充滿熱情，並相信自己的研究有潛力改變大眾生活。刻板印象常認為科學家身處象牙塔中，但我們實際所接觸到的，卻是穿著實驗袍、關懷他人且致力於探求真相的一群人。史萊受訪時曾提及，派翠莎・史達林斯在指控撤銷後不久，有一天出現在他的辦公室。他回憶道：「她問我：『我能抱你一下嗎？』我回答：『當然可以。』那也是我最後一次見到她。」
我倆合著本書的契機，正值期盼一個新生命降臨的時刻。當時，為了照顧即將出生的女兒，我們搬到波士頓住了數月。我們在寒風刺骨的波士頓街頭漫步時，玩起了一個小遊戲：達莉雅會用五分鐘的時間，講述一個關於粒線體的有趣知識，接著伊曼紐得用自己的話再解釋一遍給她聽。這對我們來說，著實是一段深刻又令人受教的經驗——對毫無科學背景的伊曼紐而言，幾乎難以有條有理地重述達莉雅所分享的知識；而對達莉雅來說，她則意識到自己幾乎無法不用大量專業術語來清楚傳達概念。然而，久而久之，我們漸漸找到方法，透過比喻與故事來談論這些概念。當我們終於能「說同一種語言」時，新的敬畏之情也在心中油然而生——對生命本身的敬畏，以及對維繫生命的微小機器的驚嘆。
我們滿懷喜悅地成為祖父母並回到加州後，迫不急待與人分享的，不僅是可愛孫子的照片，還有粒線體最新研究和各種引人入勝的發現。除了養育四名子女之外，我們二人過去從未合作過；但這一次，我們心知自己非寫不可，而且本書的分工也十分明確。達莉雅身為科學家，負責深入研究科學報告，並提出詳盡的疑問；而伊曼紐身為作家，則負責提出看似簡單的問題，例如：「這對我有何影響？」以及「我們能做些什麼來幫助粒線體？」。我們希望攜手寫出一本淺顯易懂又具備科學嚴謹的著作。為了方便閱讀，全書採第一人稱複數來敘述；不過，想當然爾，其中的科學觀點主要來自達莉雅，其餘內容則反映了我們三年探索之旅的共同經驗。
誠摯邀請你一同加入這段歷程，並在之後開啟屬於自己的探索之路。
