(一)、肌肉內注射(intramuscularly injection, IM)
肌肉注射是最早使用的也是目前最普遍使用的DNA疫苗的接種方法。目前,大部分研究者都認為,包括骨骼肌和心肌在內的橫紋肌系統是最有效的攝取外源基因表達蛋白抗原的組織。由于肌肉組織具有安全、體積大、免疫接種容量大的優點,因此多被用來進行DNA免疫注射。
質粒DNA載體進入肌組織后,在肌纖維外間質內擴散,影響擴散的主要屏障是肌束膜。DNA免疫過程中肌纖維對外源質粒攝取的具體機制目前還不清楚。骨骼肌具有豐富T小管系統和肌漿網結構,T小管中有較多的細胞外液,這些結構上的特殊性有可能使骨骼肌肌纖維直接攝取外源DNA。
關于肌肉注射途徑接種DNA疫苗激發免疫應答的機制可能包括以下三種形式[38]:
(1) DNA疫苗轉染的肌細胞(myocytes)、角質化細胞(keratinocytes)和成纖維細胞(fibroblasts)直接致敏T淋巴細胞。轉染細胞表達外源抗原,并將MHC I 類分子限制性T細胞表位提呈至細胞表面,但是由于缺乏激活T細胞所必需的CD80/CD86共刺激分子,并且肌肉組織中幼稚T細胞數量也較少,因此在體內通過這種途徑致敏CD8+ T細胞的可能性不大,而且有實驗證據表明在注射后10min通過手術去除注射部位肌肉組織,并不會對免疫后的細胞和體液免疫應答水平造成顯著的影響。
(2) DNA疫苗直接轉染抗原提呈細胞(APC), 如樹突狀細胞(DC),被轉染的DC完成一個成熟的過程,產生IL-12,可能通過識別DNA骨架中的CpG基序產生一個Th1極化的微環境。在DC成熟的過程中,CD80和CD86分子的表達水平上調,并且遷移至集合淋巴結,分別通過MHC I類和MHC II類途徑向CD8+和CD4+ T細胞提呈抗原。
(3)交叉致敏(cross-priming)途徑:接種DNA疫苗后,轉染的體細胞分泌表達的可溶性外源抗原或者在凋亡之后將表達的外源抗原或質粒DNA隨凋亡的細胞碎片一起釋放出來,一些所謂的“旁觀者”DC細胞(by-stander DC)通過胞飲或胞吞作用攝取凋亡的轉染細胞所釋放的可溶性抗原或包裹有質粒DNA或外源抗原的細胞碎片,可溶性抗原一般通過外源性的MHC II類途徑進行提呈,而吞噬凋亡細胞碎片之后,一方面質粒DNA在該DC內得以表達,通過MHC I類途徑提呈抗原,另一方面,吞入的已表達的外源抗原經溶酶體降解后,也可能被加載到位于內質網的MHC I類分子上,而通過MHC I類途徑得到提呈,這就是所謂的“非經典的外源性途徑”。因而,在交叉致敏過程中,可以同時活化CD4+和CD8+亞群T細胞。
雖然肌肉注射途徑作為DNA疫苗接種的一種重要方式有著廣泛的應用,但是這種途徑將質粒DNA導入肌細胞的效率是很低的(約1%左右)。也有研究者在注射之前于注射部位預先用心肌毒素或局部麻醉劑進行處理,可明顯增強以后的基因表達,這一效應可能是由于質粒被較多的肌細胞攝取并表達的緣故。另外也有可能是處理后,巨噬細胞進入受損傷的部位,DC也同時被激活,這兩種專業性抗原提呈細胞可能攝取質粒,從而使免疫應答增強。
(二)、“基因槍”免疫
“基因槍”免疫是DNA疫苗接種的一個很好的途徑。該方法將DNA疫苗質粒包被于直徑小于3µm的金顆粒表面,通過壓縮空氣所產生的推動力將其注入表皮內。與肌肉注射相比,能夠更有效地激發免疫應答,并且所需要的質粒量要低得多,甚至納克水平的質粒DNA就能激發較好的免疫應答(肌肉注射往往需要100µg以上),這可能有三個方面的原因:(1)轉染效率更高,因為該方法可以將質粒直接注入細胞內;(2)質粒可以直接轉染角質細胞,刺激角質細胞產生IL-1及TNF-α等細胞因子,活化淋巴細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞;(3)由于皮膚是具有高水平免疫監視能力的組織,其中富含樹突狀細胞(郎罕氏細胞,Langerhans cells),通過該方法可以將更多的質粒直接轉染DC。
(三)、粘膜途徑
通過粘膜途徑接種疫苗可能會同時激發局部粘膜免疫和全身免疫反應,而大多數病原都是通過粘膜途徑進入機體的,因此激發粘膜表面產生特異的IgA抗體反應可以對這些病原微生物感染形成第一道防線。很多研究都嘗試了通過粘膜途徑來接種DNA疫苗,包括鼻內(intranasally)、氣管內(intratracheally)、眼內(ocularly)、口服(orally)等途徑。Fynan等將攜帶流感病毒NP基因的DNA疫苗通過鼻內接種方式接種小鼠,觀察到保護性免疫反應。Russell等用編碼β-半乳糖苷酶的質粒DNA通過點眼途徑免疫雞,分別在淚液和膽汁中檢測到IgA產生。有證據表明,在通過粘膜途徑接種DNA疫苗時,脂質體可以保護質粒DNA不被很快降解。
(四)、其他途徑
除了上述三種主要的途徑之外,許多研究者還嘗試了許多其他的接種途徑,包括靜脈內接種(intravenously, IV)、腹膜內接種(intraperitoneally, IP)等。對家禽而言,選擇一種合適的接種途徑,不僅取決于免疫效果的好壞,而且還應該考慮到實際應用中的可操作性。雖然Kodihalli等用攜帶H5亞型的AIV HA基因的DNA疫苗通過基因槍免疫雞獲得了幾乎100%的保護效率,但是由于基因槍價格昂貴,且不適合于規模化養殖的大群免疫,因而不是一種很好的途徑。Fynan等在早期的研究中比較了IM、IV、IT、IB、IP、SC和Oral等7種免疫途徑,結果發現還是IM途徑效果最好。Vanrompay等嘗試了通過氣霧方式對火雞進行免疫,但是效果并不理想。有些研究者認為聯合使用幾種免疫方式有助于提高免疫效力,但是到目前為止對這一觀點尚無定論。在綜合比較操作的簡便性與免疫效力的基礎上,應該可以得出這樣的結論,IM途徑是到目前為止最適用于家禽DNA免疫的方式。