(一)、肌肉内注射(intramuscularly injection, IM)
肌肉注射是最早使用的也是目前最普遍使用的DNA疫苗的接种方法。目前,大部分研究者都认为,包括骨骼肌和心肌在内的横纹肌系统是最有效的摄取外源基因表达蛋白抗原的组织。由于肌肉组织具有安全、体积大、免疫接种容量大的优点,因此多被用来进行DNA免疫注射。
质粒DNA载体进入肌组织后,在肌纤维外间质内扩散,影响扩散的主要屏障是肌束膜。DNA免疫过程中肌纤维对外源质粒摄取的具体机制目前还不清楚。骨骼肌具有丰富T小管系统和肌浆网结构,T小管中有较多的细胞外液,这些结构上的特殊性有可能使骨骼肌肌纤维直接摄取外源DNA。
关于肌肉注射途径接种DNA疫苗激发免疫应答的机制可能包括以下三种形式[38]:
(1) DNA疫苗转染的肌细胞(myocytes)、角质化细胞(keratinocytes)和成纤维细胞(fibroblasts)直接致敏T淋巴细胞。转染细胞表达外源抗原,并将MHC I 类分子限制性T细胞表位提呈至细胞表面,但是由于缺乏激活T细胞所必需的CD80/CD86共刺激分子,并且肌肉组织中幼稚T细胞数量也较少,因此在体内通过这种途径致敏CD8+ T细胞的可能性不大,而且有实验证据表明在注射后10min通过手术去除注射部位肌肉组织,并不会对免疫后的细胞和体液免疫应答水平造成显著的影响。
(2) DNA疫苗直接转染抗原提呈细胞(APC), 如树突状细胞(DC),被转染的DC完成一个成熟的过程,产生IL-12,可能通过识别DNA骨架中的CpG基序产生一个Th1极化的微环境。在DC成熟的过程中,CD80和CD86分子的表达水平上调,并且迁移至集合淋巴结,分别通过MHC I类和MHC II类途径向CD8+和CD4+ T细胞提呈抗原。
(3)交叉致敏(cross-priming)途径:接种DNA疫苗后,转染的体细胞分泌表达的可溶性外源抗原或者在凋亡之后将表达的外源抗原或质粒DNA随凋亡的细胞碎片一起释放出来,一些所谓的“旁观者”DC细胞(by-stander DC)通过胞饮或胞吞作用摄取凋亡的转染细胞所释放的可溶性抗原或包裹有质粒DNA或外源抗原的细胞碎片,可溶性抗原一般通过外源性的MHC II类途径进行提呈,而吞噬凋亡细胞碎片之后,一方面质粒DNA在该DC内得以表达,通过MHC I类途径提呈抗原,另一方面,吞入的已表达的外源抗原经溶酶体降解后,也可能被加载到位于内质网的MHC I类分子上,而通过MHC I类途径得到提呈,这就是所谓的“非经典的外源性途径”。因而,在交叉致敏过程中,可以同时活化CD4+和CD8+亚群T细胞。
虽然肌肉注射途径作为DNA疫苗接种的一种重要方式有着广泛的应用,但是这种途径将质粒DNA导入肌细胞的效率是很低的(约1%左右)。也有研究者在注射之前于注射部位预先用心肌毒素或局部麻醉剂进行处理,可明显增强以后的基因表达,这一效应可能是由于质粒被较多的肌细胞摄取并表达的缘故。另外也有可能是处理后,巨噬细胞进入受损伤的部位,DC也同时被激活,这两种专业性抗原提呈细胞可能摄取质粒,从而使免疫应答增强。
(二)、“基因枪”免疫
“基因枪”免疫是DNA疫苗接种的一个很好的途径。该方法将DNA疫苗质粒包被于直径小于3µm的金颗粒表面,通过压缩空气所产生的推动力将其注入表皮内。与肌肉注射相比,能够更有效地激发免疫应答,并且所需要的质粒量要低得多,甚至纳克水平的质粒DNA就能激发较好的免疫应答(肌肉注射往往需要100µg以上),这可能有三个方面的原因:(1)转染效率更高,因为该方法可以将质粒直接注入细胞内;(2)质粒可以直接转染角质细胞,刺激角质细胞产生IL-1及TNF-α等细胞因子,活化淋巴细胞、巨噬细胞和树突状细胞;(3)由于皮肤是具有高水平免疫监视能力的组织,其中富含树突状细胞(郎罕氏细胞,Langerhans cells),通过该方法可以将更多的质粒直接转染DC。
(三)、粘膜途径
通过粘膜途径接种疫苗可能会同时激发局部粘膜免疫和全身免疫反应,而大多数病原都是通过粘膜途径进入机体的,因此激发粘膜表面产生特异的IgA抗体反应可以对这些病原微生物感染形成第一道防线。很多研究都尝试了通过粘膜途径来接种DNA疫苗,包括鼻内(intranasally)、气管内(intratracheally)、眼内(ocularly)、口服(orally)等途径。Fynan等将携带流感病毒NP基因的DNA疫苗通过鼻内接种方式接种小鼠,观察到保护性免疫反应。Russell等用编码β-半乳糖苷酶的质粒DNA通过点眼途径免疫鸡,分别在泪液和胆汁中检测到IgA产生。有证据表明,在通过粘膜途径接种DNA疫苗时,脂质体可以保护质粒DNA不被很快降解。
(四)、其他途径
除了上述三种主要的途径之外,许多研究者还尝试了许多其他的接种途径,包括静脉内接种(intravenously, IV)、腹膜内接种(intraperitoneally, IP)等。对家禽而言,选择一种合适的接种途径,不仅取决于免疫效果的好坏,而且还应该考虑到实际应用中的可操作性。虽然Kodihalli等用携带H5亚型的AIV HA基因的DNA疫苗通过基因枪免疫鸡获得了几乎100%的保护效率,但是由于基因枪价格昂贵,且不适合于规模化养殖的大群免疫,因而不是一种很好的途径。Fynan等在早期的研究中比较了IM、IV、IT、IB、IP、SC和Oral等7种免疫途径,结果发现还是IM途径效果最好。Vanrompay等尝试了通过气雾方式对火鸡进行免疫,但是效果并不理想。有些研究者认为联合使用几种免疫方式有助于提高免疫效力,但是到目前为止对这一观点尚无定论。在综合比较操作的简便性与免疫效力的基础上,应该可以得出这样的结论,IM途径是到目前为止最适用于家禽DNA免疫的方式。