全 文 ：第24卷 第4期
2012年4月
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
Vol. 24, No. 4
Apr., 2012
文章编号：1004-0374(2012)04-0328-06
凋亡相关斑点样蛋白的研究进展
孙龙华，安利国，杨桂文*
(山东师范大学生命科学学院，山东省动物抗性生物学重点实验室，济南 250014)
摘　要：凋亡相关斑点样蛋白 (apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD, ASC)是一种含有 N
端热蛋白样结构域和 C端胱天氨酸募集结构域的接头分子。ASC可以通过它含有的同源蛋白互作结构
域 PYD和 CARD的寡聚化来募集上下游与其含有同源结构域的其他蛋白，从而参与多条信号转导途径，
在炎症反应、肿瘤发生、细胞凋亡和 NF-κB信号通路的调节方面发挥重要的生物学作用。
关键词：ASC；炎症反应；肿瘤；细胞凋亡；NF-κB
中图分类号：Q51; R73 文献标志码：A
Research advances in the apoptosis-associated
speck-like protein containing a CARD
SUN Long-Hua, AN Li-Guo, YANG Gui-Wen*
(Shandong Provincial Key Laboratory of Animal Resistance Biology, College of Life Sciences,
Shandong Normal University, Ji’nan 250014, China)
Abstract: Apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD (ASC) is an adaptor protein that has a
bipartite domain structure, an N-terminal pyrin domain(PYD) and a C-terminal caspase recruitment domain
(CARD). Recent researches demonstrate that ASC plays an important role in many signal pathways by it′s protein–
protein interaction domains PYD and CARD, such as inflammations, tumor occurrences, apoptosis and the
regulation of NF-κB.
Key words: ASC; inflammation; tumor; apoptosis; NF-κB
收稿日期：2011-12-26； 修回日期：2012-01-11
基金项目：山东省自然科学基金重大项目(ZR2011-
HZ004)；山东省高等学校科技计划项目(J10LC21)
*通信作者：E-mail：yanggw@sdnu.edu.cn；Tel：
0531-86180143
1　凋亡相关斑点样蛋白的发现
凋亡相关斑点样蛋白 (apoptosis-associated speck-
like protein containing a CARD, ASC)是 1999年由日
本衰老研究中心的 Masumoto等 [1]在白血病细胞
HL-60的细胞质中发现的一种相对分子质量为 22 000
的蛋白。当用视黄酸诱导时，这种蛋白在细胞核的
周围聚集并成点状分布。进一步研究发现，一些凋
亡诱导剂都能使这种蛋白寡聚化并成点状分布。
2　ASC的结构特点
ASC属于死亡结构域折叠超家族 (the death do-
main fold superfamily, DDF)成员。该家族蛋白是一
组含有蛋白质相互作用结构域的蛋白 [2-3]。现已发
现的蛋白质相互作用结构域分为四类，即死亡结构
域 (death domain, DD)、死亡操纵结构域 (death effector
domain, DED)、热蛋白样结构域 (pyrin domain，PYD)
和胱天氨酸募集结构域 (caspase recruitment domain,
CARD)[4]。研究表明，该家族蛋白可以通过自身的
寡聚化募集并激活与其含有同源结构域的其他蛋
白，并参与多条信号通路，通过炎症反应和细胞凋
亡来调节细胞存活或死亡的平衡 [5-6]。
ASC含有的两个保守的结构域分别为 PYD结
构域和 CARD结构域，两个结构域都具有保守的疏
孙龙华，等：凋亡相关斑点样蛋白的研究进展第4期 329
水性氨基酸，并且每个结构域都含有六个保守的 α-
螺旋 (图 1)[3]。ASC通过六 α-螺旋结构实现自身的
寡聚化，从而可以募集并激活一些与其含有同源结
构域的其他蛋白，并在炎症反应和细胞凋亡等信号
通路中发挥重要的生物学作用 [3]。
Sun等 [7]研究发现，asc基因在低等脊椎动物
硬骨鱼中的内含子数目是不一样的。但是随着物种
进化，asc基因出现了内含子丢失现象，到哺乳动
物时内含子的数目渐趋稳定，基因结构也变得保守
(图 2)。
3　ASC的功能
3.1　ASC在炎症反应方面的作用
3.1.1　ASC在炎症复合体中的作用
ASC是炎症复合体 (inflammasome)中重要的
接头分子蛋白。ASC含有的 PYD结构域和 CARD
结构域通过自身的寡聚化来募集上游的受体蛋白
和下游的炎症相关蛋白，从而形成一个稳定的蛋白
复合物，即炎症复合体。近年来，炎症复合体作为
天然免疫的研究平台，越来越受关注，它是一类由
胞内受体、ASC衔接蛋白和炎症相关的 caspase(胱
天蛋白酶 )组成的相对分子质量超过 700 000的多
蛋白复合物，在天然免疫中发挥重要作用 [8]。现
已证明的炎症复合体大致分四类： NLRP-l炎症复
合体、NLRP-3炎症复合体、NLRC-4(即 IPAF)炎症
复合体 和 AIM2炎症复合体。其中，NLRP-3炎症
复合体和 AIM2炎症复合体的构成必须有 ASC的
参与 (图 3)。而 NLRP-1炎症复合体和 NLRC-4炎
症复合体的组成过程中，ASC并不是必需的 [9]。
NLRP-1是最早研究的炎症复合体。NLRP-1
在人中只有一种结构形式，而在鼠科动物中 NLRP-1
有三种亚型分别是 NLRP-1a、b和 c。其中只有
NLRP-1a同人的 NLRP-1作用相同，而 NLRP-1b
和 NLRP-1c则缺少 PYD结构域功能 [10]。在人的
NLRP-1炎症复合体构成中，ASC可以通过它含有
的 PYD结构域同 NLRP-1的 PYD结合，然后通过
“H”表示α螺旋，“N”表示N端，“C”表示C端
图1 ASC空间结构模式图[3]
图2 asc基因进化模式图[7]
生命科学 第24卷330
CARD结构域募集 caspase-1前体并进一步剪切
IL-1β前体形成有活性的 IL-1β。同样在小鼠中
NLRP-1a类炎症复合体的构成也是类似的。但是另
外两种亚型 NLRP-1b、NLRP-1c类炎症复合体的构
成则不需要 ASC的参与。它们可利用自身含有的
CARD结构域直接募集 caspase-1前体从而发挥炎
症作用 [11-12]。
NLRP-3可识别多种病原相关分子模式 (patho-
gen-associated molecular patterns, PAMPs)，近年来
的资料证实，LPS、类脂 A、脂磷壁酸、脂蛋白等
对 caspase-1的激活均依赖于 NLRP-3。用 LPS 刺激
C3H/HeN小鼠诱发炎症反应，结果显示，LPS刺激
3~48 h后，小鼠眼部组织 NLRP-3、ASC、caspase-1、
IL-1β及 IL-18等含量明显增加，表明 ASC可能参
与构成 NLRP-3炎症复合体，并参与了 LPS 诱导的
眼部炎症反应 [13]。
NLRC-4炎症复合体可以被大多数的革兰氏阴
性细菌激活，它能特异性地识别鼠伤寒沙门氏菌
(Sotyphimurium)的鞭毛蛋白。有研究发现，当用鼠
伤寒沙门氏菌感染小鼠巨噬细胞时，在细胞培养液
中可以检测到大量的 IL-1β，并且 caspase-1和 ASC
蛋白的表达量也大大增加。说明 ASC在 NLRC-4
炎症复合体中有重要作用 [14]。但是，另有研究发现
NLRC-4可以利用自身含有的 CARD结构域直接募
集 caspase-1前体，并激活下游一系列的炎症反应 [15]。
由此可见，在 NLRC-4类炎症复合体的构成中 ASC
并不是必需的。
AIM2是 2009年发现的一种新型的胞内受体，
它能够特异性地识别胞质中的双链 DNA。Fern-
andes-Alnemri等 [16]研究发现，外源性的双链 DNA
刺激 HEK293T细胞时，AIM2可以通过自身的 PYD
结构域同 ASC蛋白结合，并进一步活化 caspase-1
前体，释放有活性的 IL-1β。说明 ASC参与了
AIM2介导的炎症反应途径。
3.1.2　ASC介导的病毒对炎症复合体的调控作用
在病毒活化的炎症复合体中，病毒分泌物可以
通过 ASC对炎症复合体的活性进行调节。有实验
证明，黏液瘤病毒 (Myxoma virus)编码的一个含
有 PYD结构域的蛋白 M13L可与 ASC相互作用，
从而抑制 caspase-1的激活，阻止炎症反应的发生 [17]。
由此得出，病原体可以通过自身编码的蛋白与炎症
复合体上的 ASC产生竞争性抑制，从而调控宿主
的抗病毒天然免疫途径。
3.1.3　ASC在获得性免疫中的作用
以前关于 ASC在炎症反应中的作用方面的研
究主要集中在天然免疫方面，但是近年来的研究表
明 ASC在获得性免疫方面也具有重要作用。在胶
原诱导的小鼠关节炎模型中，经外观观察和免疫组
NLRP-3炎症复合体的刺激信号一般为胞内感染的细菌，如李氏杆菌(Listeria monocytogenes)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus
aureus)等，而AIM2炎症复合体的刺激信号为特异的胞内双链DNA。当细菌或病毒感染细胞时，所分泌释放的毒性物质、
LPS(脂多糖)或者双链DNA等病原相关分子模式(PAMPs)同胞内的受体结合通过ASC的寡聚化作用募集并激活下游caspase-1分
子，活化的caspase-1剪切IL-1β前体，并释放有活性的炎性细胞因子。
图3 ASC参与的NLRP-3和AIM2炎症复合体的构成
孙龙华，等：凋亡相关斑点样蛋白的研究进展第4期 331
化观察发现，同野生型小鼠相比，ASC缺失型小鼠
的炎症症状明显减弱，并且在胶原刺激后，在 ASC
缺失的小鼠中没有检测到大量胶原特异性抗体的产
生。而在同样的刺激下，在 NLRP-3和 caspase-1缺
失的小鼠中并没有出现上述现象 [18]。进一步的机制
研究发现，在抗原递呈细胞中，ASC可以通过介导
依赖于 Dock-2的 Rac蛋白的激活和肌动蛋白的寡
聚来调控抗原递呈细胞的递呈作用。在 ASC缺失
型小鼠中，由于抗原递呈细胞的递呈作用丧失从而
导致了抗原特异性的淋巴细胞未被激活，因此减少
了抗原特异性抗体的产生，同时相应的炎症反应也
有所减弱 [19]。Shaw等 [20]有类似的发现，他们在诱
导的小鼠脑脊髓炎模型中发现，在 ASC缺失型小
鼠中脑脊髓炎的症状同野生型相比有所缓解。而在
NLRP-3和 caspase-1缺失的小鼠中，这种症状并没
有得到缓解。后来的机制研究发现，在 ASC缺失
的小鼠中监测不到MOG(小鼠脑脊髓炎诱导剂 )特
异性的 T淋巴细胞的产生。另外，研究发现，当用
含有佐剂MF-59的灭活 H5N1型禽流感疫苗接种缺
失 ASC的小鼠时，发现缺失型小鼠体内产生的抗
H5的抗体量与野生型相比大大减少，而这种现象
在NLRP-3和 caspase-1缺失的小鼠中并没有出现 [21]。
由此可见，ASC有独立于炎症复合体之外的
另一个作用，即在细胞免疫和体液免疫等获得性免
疫反应中抑制抗原特异性淋巴细胞的活化，从而减
少特异性抗体及相关炎症因子的产生，并减轻炎症
反应的症状。
3.1.4　ASC亚型在炎症反应中的作用
在未活化的单核巨噬细胞中，ASC表达于细
胞核，而当单核巨噬细胞受病原体感染后，ASC快
速进入胞浆参与炎症复合体的组装 [22]。一些单独含
有 PYD或 CARD结构域的蛋白，如 pyrin(热蛋白 )
和一些 NLR(NOD like receptor)家族成员，它们在
特殊外界条件刺激下也可以激活炎症复合体并引发
相应的炎症反应 [23]。因此，人们猜测 ASC是否在
结构域不完整的情况下也能在炎症复合体通路中发
挥作用。2010年，Bryan等 [24]研究发现，在用细
菌 RNA或者是灭活的革兰氏阴性细菌处理体外培
养的巨噬细胞时，通过 western blot检测到四种不
同相对分子质量的 ASC蛋白。这说明 ASC蛋白在
由细胞核向细胞质转移的过程中发生剪切或重组，
产生了三种不同的亚型，分别命名为 ASC-b、
ASC-c和 ASC-d(图 4)[24]。功能方面的研究表明，只
有ASC、ASC-b和 ASC-c可以与 NLRP-3结合构成
炎症复合体，激活下游的 caspase-1，并诱导 IL-1β
等炎症因子的释放，表明 CARD结构域的完整是
ASC发挥作用的重要保证。
3.2　ASC在肿瘤发生和细胞凋亡中的作用
2003年，Guan等 [25]发现，在早期的肿瘤组织
中 asc基因会因甲基化而被沉默。研究证实，asc
基因的甲基化沉默是普遍存在于癌症发生时期的特
异性事件 [26]。由于 asc基因在癌症发生时会被沉默，
从而导致了肿瘤细胞的大量扩增。因此人们猜想
ASC可能在细胞凋亡过程中发挥作用。2003年，
Masumoto等 [27]在 HEK293T细胞中大量表达 ASC，
导致依赖于 caspase的细胞凋亡的发生 (图 5)。当
用反义核酸抑制 asc基因表达时，凋亡现象有所减
弱。这说明，ASC在 caspase诱导的细胞凋亡过程
中发挥重要作用。2004年，Ohtsuka等 [28]通过实验
证实，线粒体引起的凋亡途径通过 p53-Bax网络系
统进行，而 ASC在此凋亡中起重要作用。在细胞
凋亡过程中，ASC与 Bax作用，使 Bax 定位到线
粒体，诱导细胞色素 C的释放，同时伴随线粒体
膜电位的显著降低，进而导致 caspase-9、caspase-2
和 caspase-3的激活并诱导细胞凋亡的发生。然而，
当用 siRNA阻断内源性 asc基因的表达时，由于
ASC-b只含有两个结构域而缺失了中间93~111位置的氨基酸；ASC-c的PYD结构域缺失了26~85位置的氨基酸；ASC-d缺失
了36~93位置的部分PYD结构域的氨基酸和111~195位置的全部CARD结构域的氨基酸，取而代之的是69个不相关的其他氨基
酸。
图4 ASC亚型结构模式图[24]
生命科学 第24卷332
Bax不能准确地定位到线粒体上，从而抑制了凋亡
的进行。
3.3　ASC对NF-κB信号通路的调控作用
NF-κB是一种转录因子，一些和炎症相关的刺
激因子可以激活 NF-κB，从而激活下游一系列信号
反应 [29]。由于一些含有 PYD或 CARD结构域的蛋
白都参与激活 NF-κB信号通路 [30]，因此，我们猜
测 ASC对此通路也有调控作用。
然而，ASC在 NF-κB信号通路中的调控作用
是存在争议的。起初的研究表明，用 ASC瞬时转
染小鼠的巨噬细胞，然后用 LPS或 TNF-α(肿瘤坏
死因子 α)刺激，发现 NF-κB活性与野生型相比并
没有变化。后来研究发现，ASC在 HEK293T细胞
的瞬时转染实验中与 NLRP-3共同作用并激活 NF-
κB 的活性，这种激活作用需要 ASC 和其他一些
PAAD家族 (热蛋白家族 )蛋白的过度表达 [31]。但是，
Stehlik 等 [32]发现， ASC 不是与所有的 PAAD家族
蛋白都共同作用以诱导 NF-κB 的活性。在瞬时大量
表达 ASC时，ASC可以抑制 TNF-α、LPS和 IL-1β
等促炎症因子刺激下的 NF-κB的活性。这一抑制作
用的机制是，ASC上的 PYD结构域与 IKK (NF-κB
抑制因子 Iκ-B激酶 )复合物相互作用，并导致其磷
酸化，从而激活 Iκ-B的活性，继而抑制 NF-κB的
活性。另一方面，像 NLRP-3这样的含有 PYD结
构域的蛋白，通过结合核苷酸的 NACHT结构域而
自身寡聚，使 ASC 成为桥连 IKK复合物的连接因
子，使 IKK通过可诱导的接触机制产生激酶活性，
从而抑制 NF-κB的活化 [33]。
图5 ASC介导的caspase细胞凋亡途径
由此可以看出，ASC 最终的作用是活化还是
抑制 NF-κB，可能依赖于 ASC与参与反应的其他
PAAD家族蛋白的比率、细胞的内容物，以及将转
导途径引向 IKK复合物的刺激物，但是目前作用机
制还不清楚。
4　总结
综上所述，ASC参与多条信号转导途径，在
炎症反应、细胞凋亡及肿瘤发生等方面起着举足轻
重的作用。随着对 ASC的深入研究，将进一步揭
示其在肿瘤发生和天然免疫方面的作用机理，为今
后治疗炎症疾病和癌症提供新的治疗靶点，对开发
新型治疗药物具有深远意义。
[参　考　文　献]
[1] Masumoto J, Taniguchi S, Ayukawa K, et al. ASC, a novel
22-kDa protein, aggregates during apoptosis of human
promyelocytic leukemia HL-60 cells. J Biol Chem, 1999,
274(48): 33835-8
[2] Weber CH, Vincenz C. The death domain superfamily: a
tale of two interfaces? Trends Biochem Sci, 2001, 26(8):
475-81
[3] Park HH, Lo YC, Lin SC, et al. The death domain
superfamily in intracellular signaling of apoptosis and
inflammation. Annu Rev Immunol, 2007, 25: 561-86
[4] Kohl A, Grutter MG. Fire and death: the pyrin domain
joins the death-domain superfamily. C R Biol, 2004,
327(12): 1077-86
[5] Lahm A, Paradisi A, Green DR, et al. Death fold domain
interaction in apoptosis. Cell Death Differ, 2003, 10(1):
10-12
[6] Werts C, Girardin SE, Philpott DJ. TIR, CARD and
PYRIN: three domains for an antimicrobial triad. Cell
Death Differ, 2006, 13(5): 798-815
[7] Sun Y, Wang J, Lao H, et al. Molecular cloning and
expression analysis of the ASC gene from mandarin fish
and its regulation of NF-κB activation. Dev Comp
Immunol, 2008, 32(4): 391-9
[8] Petrilli V, Papin S, Tschopp J. The inflammasome. Curr
Biol, 2005, 15(15): R581
[9] Schroder K, Tschopp J. The inflammasomes. Cell, 2010,
140(6): 821-32
[10] Boyden ED, Dietrich WF. Nalp1b controls mouse
macrophage susceptibility to anthrax lethal toxin. Nat Ge-
net, 2006, 38(2): 240-4
[11] Faustin B, Lartigue L, Bruey JM, et al. Reconstituted
NALP1 inflammasome reveals two-step mechanism of
caspase-1 activation. Mol Cell, 2007, 25(5): 713-24
[12] Hsu LC, Ali SR, Mcgillivray S, et al. A NOD2-NALP1
complex mediates caspase-1-dependent IL-1β secretion in
response to Bacillus anthracis infection and muramyl
dipeptide. Proc Natl Acad Sci USA, 2008, 105(22): 7803-
8
孙龙华，等：凋亡相关斑点样蛋白的研究进展第4期 333
[13] Gonzalez-Benitez JF, Juarez-Verdayes MA, Rodriguez-
Martinez S, et al. The NALP3/Cryopyrin-inflammasome
complex is expressed in LPS-induced ocular inflamma-
tion. Mediators Inflamm, 2008, 2008: 614345
[14] Mariathasan S, Newton K, Monack DM, et al. Differential
activation of the inflammasome by caspase-1 adaptors
ASC and Ipaf. Nature, 2004, 430(6996): 213-8
[15] Suzuki T, Franchi L, Toma C, et al. Differential regulation
of caspase-1 activation, pyroptosis, and autophagy via Ipaf
and ASC in Shigella-infected macrophages. PLoS Pathog,
2007, 3(8): e111
[16] Fernandes-Alnemri T, Yu JW, Datta P, et al. AIM2
activates the inflammasome and cell death in response to
cytoplasmic DNA. Nature, 2009, 458(7237): 509-13
[17] Johnston JB, Barrett JW, Nazarian SH, et al. A poxvirus-
encoded pyrin domain protein interacts with ASC-1 to
inhibit host inflammatory and apoptotic responses to
infection. Immunity, 2005, 23(6): 587-98
[18] Ippagunta SK, Brand DD, Luo J, et al. Inflammasome-
independent role of apoptosis-associated speck-like
protein containing a CARD (ASC) in T cell priming is
critical for collagen-induced arthritis. J Biol Chem, 2010,
285(16): 12454-62
[19] Ippagunta SK, Malireddi RK, Shaw PJ, et al. The
inflammasome adaptor ASC regulates the function of
adaptive immune cells by controlling Dock2-mediated
Rac activation and actin polymerization. Nat Immunol,
2011, 12(10): 1010-6
[20] Shaw PJ, Lukens JR, Burns S, et al. Cutting edge: critical
role for PYCARD/ASC in the development of experi-
mental autoimmune encephalomyelitis. J Immunol, 2010,
184(9): 4610-4
[21] Ellebedy AH, Lupfer C, Ghoneim HE, et al. Inflamm-
asome-independent role of the apoptosis-associated speck-
like protein containing CARD (ASC) in the adjuvant
effect of MF59. Proc Natl Acad Sci USA, 2011, 108(7):
2927-32
[22] Bryan NB, Dorfleutner A, Rojanasakul Y, et al. Activation
of inflammasomes requires intracellular redistribution of
the apoptotic speck-like protein containing a caspase
recruitment domain. J Immunol, 2009, 182(5): 3173-82
[23] Stehlik C, Dorfleutner A. COPs and POPs: modulators of
inflammasome activity. J Immunol, 2007, 179(12): 7993-8
[24] Bryan NB, Dorfleutner A, Kramer SJ, et al. Differential
splicing of the apoptosis-associated speck like protein
containing a caspase recruitment domain (ASC) regulates
inflammasomes. J Inflamm (Lond), 2010, 7: 23
[25] Guan X, Sagara J, Yokoyama T, et al. ASC/TMS1, a
caspase-1 activating adaptor, is downregulated by aberrant
methylation in human melanoma. Int J Cancer, 2003,
107(2): 202-8
[26] Terasawa K, Sagae S, Toyota M, et al. Epigenetic inactiva-
tion of TMS1/ASC in ovarian cancer. Clin Cancer Res,
2004, 10(6): 2000-6
[27] Masumoto J, Zhou W, Chen FF, et al. Caspy, a zebrafish
caspase, activated by ASC oligomerization is required for
pharyngeal arch development. J Biol Chem, 2003, 278(6):
4268-76
[28] Ohtsuka T, Ryu H, Minamishima YA, et al. ASC is a Bax
adaptor and regulates the p53-Bax mitochondrial apoptosis
pathway. Nat Cell Biol, 2004, 6(2): 121-8
[29] Ghosh S, May MJ, Kopp EB. NF-κB and Rel proteins:
evolutionarily conserved mediators of immune responses.
Annu Rev Immunol, 1998, 16: 225-60
[30] Bertin J, Nir WJ, Fischer CM, et al. Human CARD4
protein is a novel CED-4/Apaf-1 cell death family member
that activates NF-κB. J Biol Chem, 1999, 274(19): 12955-
8
[31] Ogura Y, Inohara N, Benito A, et al. Nod2, a Nod1/Apaf-1
family member that is restricted to monocytes and
activates NF-κB. J Biol Chem, 2001, 276(7): 4812-8
[32] Stehlik C, Fiorentino L, Dorfleutner A, et al. The PAAD/
PYRIN-family protein ASC is a dual regulator of a cons-
erved step in nuclear factor κB activation pathways. J Exp
Med, 2002, 196(12): 1605-15
[33] Koonin EV, Aravind L. The NACHT family - a new group
of predicted NTPases implicated in apoptosis and MHC
transcription activation. Trends Biochem Sci, 2000, 25(5):
223-4