Mechanizm dzialania DSIP: okres półtrwania, kortyzol, struktura i fosfo-DSIP

Delta sleep-inducing peptide (DSIP), znany również jako emideltide, wydaje się wpływać na kilka układów neuronalnych i neuroendokrynnych, zamiast działać poprzez jeden potwierdzony receptor. Jego dokładny mechanizm działania pozostaje jednak niewyjaśniony, a większość danych dotyczących jego szlaków biologicznych pochodzi z badań na zwierzętach, tkankach lub komórkach.

DSIP jest peptydem złożonym z dziewięciu aminokwasów, po raz pierwszy zidentyfikowanym w eksperymentach obejmujących krew żylną mózgu królików pobieraną w związku ze snem. Jego nazwa sugeruje, że działa jako swoisty sygnał snu. Późniejsze badania powiązały jednak DSIP z reakcjami na stres, wydzielaniem hormonów przysadki, aktywnością okołodobową, sygnalizacją GABA i glutaminianu, monoaminami oraz procesami związanymi z układem opioidowym. Wyniki te doprowadziły do powstania kilku możliwych wyjaśnień mechanistycznych, ale żadne z nich nie przedstawia pełnego i klinicznie potwierdzonego obrazu działania DSIP u ludzi [1–4].

Niepewność wykracza poza brakujące szczegóły dotyczące mechanizmu. Badacze nie zidentyfikowali unikalnego receptora DSIP o wysokim powinowactwie, konwencjonalnego genu prekursora jednoznacznie odpowiedzialnego za wytwarzanie wolnego nonapeptydu ani spójnej zależności między określonym stężeniem we krwi a konkretnym efektem u ludzi. Pomiary określane jako „immunoreaktywność podobna do DSIP” mogą również wykrywać peptyd związany z większymi cząsteczkami lub materiał o podobnej strukturze, a nie wyłącznie wolny, nienaruszony DSIP. Z tego powodu ważne jest rozróżnienie między tożsamością chemiczną, bezpośrednio zmierzonymi efektami eksperymentalnymi, obserwacjami neuroendokrynnymi u ludzi oraz szerszymi hipotezami mechanistycznymi.

Jak działa DSIP?

Najbardziej uzasadniona interpretacja zakłada, że DSIP może działać jako neuromodulator zależny od kontekstu. Neuromodulator nie musi aktywować jednego receptora i wywoływać jednej przewidywalnej odpowiedzi. Może natomiast modyfikować sposób, w jaki obwody neuronalne reagują na istniejące sygnały hamujące, pobudzające, hormonalne i okołodobowe. Takie wyjaśnienie lepiej odpowiada dostępnej literaturze niż opisywanie DSIP jako konwencjonalnego leku nasennego.

W badaniach eksperymentalnych DSIP wiązano ze zmianami aktywności neuronów, prądów aktywowanych przez GABA, sygnalizacji glutaminianowej i NMDA, aktywności monoamin, wydzielania hormonów przysadki, ekspresji genów związanych ze stresem oraz okołodobowej aktywności lokomotorycznej [3–9]. Kierunek i nasilenie tych efektów często zależą od gatunku, dawki, drogi podania, pory dnia, wyjściowego poziomu stresu oraz konkretnego obszaru mózgu lub badanego modelu eksperymentalnego. Starsze badania opisywały również nieliniowe zależności dawka–odpowiedź lub krzywe w kształcie odwróconego dzwonu. W tych eksperymentach dawka pośrednia czasami wywoływała efekt, podczas gdy dawki niższe i wyższe go nie powodowały [3,10].

Obserwacje te nie wskazują jednego celu molekularnego. Nie istnieją uznane dowody wskazujące, że DSIP działa jako bezpośredni agonista lub antagonista konkretnego „receptora DSIP”. Twierdzenia, że DSIP działa wyłącznie poprzez GABA, serotoninę, dopaminę, receptory NMDA, obniżanie kortyzolu lub układ opioidowy, wykraczają więc poza dostępne dane. Każdy z tych szlaków reprezentuje obserwację eksperymentalną lub proponowany mechanizm pośredni, a nie pełne wyjaśnienie działania DSIP u ludzi.

Sekwencja aminokwasowa i struktura molekularna DSIP

DSIP jest nonapeptydem, co oznacza, że składa się z dziewięciu reszt aminokwasowych połączonych wiązaniami peptydowymi. Ustalona sekwencja wolnego peptydu to:

• H–Trp–Ala–Gly–Gly–Asp–Ala–Ser–Gly–Glu–OH

Jednoliterowy zapis sekwencji to:

• WAGGDASGE

N-koniec rozpoczyna się tryptofanem, natomiast C-koniec kończy się kwasem glutaminowym. Seryna znajduje się na pozycji 7 i jest szczególnie istotna w przypadku fosfo-DSIP, ponieważ jej hydroksylowy łańcuch boczny może ulegać fosforylacji. Pierwotne badania sekwencji wykazały również, że szczegóły strukturalne mogą wpływać na aktywność. Syntetyczny DSIP zwiększał aktywność delta oraz wrzecion snu w EEG w modelu króliczym, podczas gdy badane fragmenty, analogi o zmodyfikowanej sekwencji oraz izomer beta-aspartylowy wykazywały mniejszą aktywność lub pozostawały nieaktywne w tych samych warunkach eksperymentalnych [1]. Pokazuje to zależność struktura–aktywność w pierwotnym badaniu na zwierzętach, ale nie potwierdza istnienia specyficznego ludzkiego receptora DSIP.

Dla niezmodyfikowanego wolnego DSIP baza PubChem podaje wzór cząsteczkowy C35H48N10O15, przybliżoną masę cząsteczkową 848,8 g/mol oraz identyfikator PubChem Compound ID 68816 [14]. Numer CAS 62568-57-4 jest powszechnie przypisywany emideltide lub wolnemu DSIP. Numer CAS, identyfikator w chemicznej bazie danych czy międzynarodowa nazwa niezastrzeżona identyfikują jednak określoną substancję chemiczną. Nie potwierdzają zatwierdzenia regulacyjnego, skuteczności klinicznej, czystości ani równoważności między wolnym DSIP a jego formą soli.

Tekstowy diagram struktury

Strukturę peptydu DSIP można przedstawić bez sugerowania, że posiada on jedną stałą, biologicznie aktywną konformację trójwymiarową:

Płaski diagram sekwencji jest bardziej odpowiedni naukowo niż przedstawianie jednego dopracowanego „modelu molekularnego” jako biologicznie aktywnego kształtu DSIP. Krótkie peptydy występują w roztworze jako dynamiczne zbiory różnych konformacji. Ich zachowanie konformacyjne może zmieniać się w zależności od pH, siły jonowej, rozpuszczalnika, błon, partnerów wiążących, fosforylacji i stężenia. Nie ustalono ostatecznej struktury DSIP związanego z receptorem, która potwierdzałaby jedną aktywną konformację trójwymiarową.

Podawana masa cząsteczkowa również wymaga odpowiedniego kontekstu. Wartość około 848,8 g/mol odnosi się do neutralnego, niezmodyfikowanego peptydu reprezentowanego wzorem C35H48N10O15. Sole octanowe, formy uwodnione, przeciwjony, fosforylacja, znaczniki izotopowe i inne modyfikacje mogą zmieniać wzór cząsteczkowy lub zmierzoną masę cząsteczkową. Podana na komercyjnej fiolce ilość w miligramach nie potwierdza dokładnej formy chemicznej ani ilości obecnego w niej nienaruszonego, aktywnego peptydu.

Proponowane mechanizmy neuronalne i neuroendokrynne

Badania nad DSIP obejmują kilka poziomów organizacji biologicznej, od odpowiedzi elektrycznych izolowanych neuronów po reakcje na stres u całych zwierząt. Tych różnych poziomów nie należy łączyć w jeden szlak. Eksperyment elektrofizjologiczny może wykazać, że DSIP modyfikuje odpowiedź neuronalną w kontrolowanych warunkach, ale sam w sobie nie może potwierdzić, że ten sam mechanizm wywołuje sen, obniża kortyzol lub poprawia stan kliniczny.

Jeden z głównych obszarów badań mechanistycznych dotyczy równowagi między sygnalizacją hamującą a pobudzającą. W neuronach hipokampa i móżdżku szczurów DSIP w sposób zależny od dawki nasilał prądy aktywowane przez GABA, główny neuroprzekaźnik hamujący w mózgu. W preparatach korowych i hipokampalnych DSIP blokował również potencjalizację aktywowaną przez NMDA. Eksperymenty z wykorzystaniem synaptosomów kory mózgowej dodatkowo sugerowały modulację presynaptycznego wychwytu wapnia związanego z NMDA [6]. W odrębnych doświadczeniach na neuronach szczurów stwierdzono, że DSIP zmniejszał efekty pobudzające wywoływane przez glutaminian [7]. Łącznie wyniki te wspierają możliwość przesunięcia w kierunku mniejszej pobudliwości neuronalnej. Nie wykazują jednak, że DSIP bezpośrednio wiąże się z receptorami GABA-A lub NMDA w stężeniach osiągalnych u ludzi.

Badania napadów drgawkowych i stresu u zwierząt są ogólnie zgodne z tym modelem równowagi między hamowaniem a pobudzeniem. Podczas zwiększonego ciśnienia tlenu podawanie DSIP szczurom wiązało się z wyższymi stężeniami GABA i homokarnozyny w korze mózgowej oraz niższymi stężeniami glutaminianu i asparaginianu [15]. Było to odkrycie biochemiczne pochodzące ze specjalistycznego zwierzęcego modelu napadów. Nie można go bezpośrednio przekładać na twierdzenia, że DSIP jest lekiem GABA-ergicznym, antagonistą NMDA lub lekiem przeciwdrgawkowym dla ludzi.

Badano również mechanizmy monoaminergiczne. W eksperymencie dotyczącym termoregulacji u szczurów wpływ DSIP na zmiany temperatury wywołane agonistą serotoniny był modyfikowany przez blokadę farmakologiczną. Badacze zasugerowali więc możliwy udział mechanizmu związanego z receptorem 5-HT1A [8]. DSIP i fosforylowany DSIP zmieniały również hipotermię wywołaną apomorfiną, natomiast haloperidol antagonizował oba efekty. Sugerowało to związek z sygnalizacją dopaminergiczną w tym konkretnym modelu termoregulacyjnym [9]. Badania te pokazują zależność określonych odpowiedzi zwierzęcych od konkretnych szlaków, ale nie potwierdzają, że DSIP jest agonistą receptorów serotoniny lub dopaminy.

Endogenna biologia DSIP pozostaje szczególnie niejasna. Immunoreaktywność podobną do DSIP wykrywano w mózgu, przysadce mózgowej, tkankach obwodowych, osoczu, płynie mózgowo-rdzeniowym, moczu i mleku. Część tego immunoreaktywnego materiału wydaje się być związana z większymi cząsteczkami. Metody oparte na przeciwciałach nie zawsze pozwalają odróżnić nienaruszony wolny DSIP od związanego peptydu, materiału przypominającego prekursor lub sekwencji reagujących krzyżowo. W przeglądach DSIP opisywano więc jako nie w pełni poznany układ peptydowy, a nie całkowicie scharakteryzowany hormon o określonym genie, receptorze, szlaku syntezy i mechanizmie sprzężenia zwrotnego [2–4].

DSIP, ACTH i kortyzol

DSIP badano jako potencjalny regulator osi podwzgórze–przysadka–nadnercza, powszechnie określanej jako oś HPA. W klasycznym szlaku odpowiedzi na stres podwzgórze uwalnia kortykoliberynę (CRH). CRH pobudza przysadkę do wydzielania hormonu adrenokortykotropowego (ACTH), a ACTH następnie stymuluje korę nadnerczy do produkcji kortyzolu u ludzi lub głównie kortykosteronu u szczurów. Obserwowano wyniki związane z DSIP na kilku etapach tego układu, ale nie potwierdzają one, że DSIP jest substancją niezawodnie obniżającą poziom kortyzolu.

W niewielkim eksperymencie klinicznym badano odpowiedzi ACTH i wazopresyny argininowej u zdrowych mężczyzn. DSIP podawano w infuzji ośmiu uczestnikom podczas jednej części protokołu, natomiast kolejnych siedmiu uczestników uwzględniono w innych warunkach czasowych. DSIP istotnie obniżał stężenie ACTH we krwi, ale nie wpływał na podstawowe stężenie wazopresyny ani na jej odpowiedź na bodźce osmotyczne i ortostatyczne [11]. Jest to bezpośredni dowód neuroendokrynny pochodzący z badania u ludzi. Eksperyment był jednak niewielki i miał charakter fizjologiczny. Nie wykazał terapeutycznego wpływu na kortyzol, długoterminowych korzyści, skuteczności klinicznej ani bezpieczeństwa współczesnych podskórnych lub donosowych produktów DSIP.

W innym badaniu z udziałem ludzi zastosowano test stymulacji CRH u 12 osób z dużym zaburzeniem depresyjnym i 12 odpowiednio dobranych osób z grupy kontrolnej. Podstawowe stężenia DSIP i kortyzolu były ze sobą skorelowane i wyższe u uczestników z depresją. Odpowiedzi DSIP po podaniu CRH również różniły się między obiema grupami. Badacze uznali te wyniki za zgodne z możliwą modulującą rolą DSIP w regulacji osi HPA [12]. Ponieważ było to jednak badanie biomarkerów i odpowiedzi na bodziec, nie wykazuje ono, że podawanie DSIP obniża poziom kortyzolu lub leczy depresję.

Dane ze zwierząt są podobnie zależne od warunków eksperymentalnych. U szczurów poddanych długotrwałemu stresowi unieruchomienia wzrastały poziomy ACTH, kortykosteronu i beta-endorfiny. Podawanie DSIP częściowo zmniejszało wzrost kortykosteronu, ale nie prowadziło do prostego zahamowania wszystkich mierzonych hormonów [13]. Inne eksperymenty sugerowały, że neuronalne efekty DSIP zależały od wyjściowych stężeń kortykosteroidów i stawały się bardziej widoczne w warunkach związanych ze stresem. Taki wzorzec jest bardziej zgodny z modulacją zależną od stanu niż z uniwersalnym mechanizmem hamowania kortyzolu.

Z tego powodu stwierdzenie „DSIP obniża kortyzol” jest zbyt kategoryczne. Bardziej precyzyjny wniosek jest taki, że ograniczone dane z badań u ludzi i na zwierzętach sugerują interakcję DSIP z regulacją osi HPA, w tym z odpowiedziami ACTH i kortykosteroidów, ale nie istnieje zwalidowany protokół kliniczny wykazujący przewidywalne obniżenie kortyzolu. Kortyzol podlega również silnemu rytmowi okołodobowemu i zależy od chorób, niedoboru snu, spożycia pokarmu, aktywności fizycznej, leków oraz warunków pobierania próbki. Pojedynczy pomiar kortyzolu wymaga więc odpowiedniego kontekstu.

DSIP i szlaki regulujące sen

DSIP otrzymał swoją nazwę na podstawie obserwowanego fenotypu eksperymentalnego, a nie odkrycia określonego szlaku receptorowego. W pierwotnych eksperymentach na królikach wykorzystywano materiał pobrany podczas snu wywołanego elektrycznie i wykazano, że wyizolowany, a następnie syntetycznie otrzymany nonapeptyd zwiększał aktywność delta oraz wrzecion snu w EEG po podaniu dokomorowym [1]. Późniejsze eksperymenty przyniosły mieszane wyniki zależne od gatunku, drogi podania, dawki i schematu leczenia. Ta niespójność jest jednym z powodów, dla których proponowana rola DSIP jako uniwersalnego endogennego czynnika snu pozostaje przedmiotem dyskusji [2–4].

Kilka mechanizmów mogłoby potencjalnie łączyć DSIP z regulacją snu. Zwiększenie hamowania związanego z GABA w połączeniu ze zmniejszeniem pobudzenia związanego z glutaminianem i NMDA mogłoby ograniczać pobudzenie neuronalne w niektórych obwodach [6,7]. Zmiany aktywności serotoninergicznej i dopaminergicznej mogłyby wpływać na przejścia między snem a czuwaniem, termoregulację i zachowania okołodobowe [8–10]. Modulacja osi HPA mogłaby pośrednio wpływać na sen w warunkach zwiększonej aktywności układu stresu [11–13]. Żaden z tych szlaków nie został jednak ustalony jako główny mechanizm odpowiedzialny za powtarzalny wpływ DSIP na sen u ludzi.

Badania na zwierzętach sugerują również, że czas podania i wzorzec ekspozycji mogą wpływać na odpowiedź. Powtarzane podawanie zmieniało okołodobową aktywność lokomotoryczną w warunkach ciągłego oświetlenia, przy czym natywny DSIP i P-DSIP wywoływały różne wzorce [10]. W badaniach snu u szczurów fosforylowany analog zwiększał zarówno sen wolnofalowy, jak i sen paradoksalny po podaniu ośrodkowym, chociaż zakres skutecznych dawek był nieliniowy [16,17]. Wyniki te mogą pomagać w tworzeniu hipotez dotyczących regulacji okołodobowej i architektury snu, ale nie dowodzą, że podanie obwodowe u ludzi prowadzi do dotarcia do tych samych obszarów mózgu lub wywołuje takie same efekty.

Badania bezsenności u ludzi nie wykazały konsekwentnie silnych efektów. W niektórych niewielkich eksperymentach odnotowano zmiany parametrów związanych ze snem, ale kontrolowane badania na ogół wykazywały słabe, zmienne lub klinicznie ograniczone korzyści. Dlatego nawet jeśli DSIP modyfikuje szlaki neuronalne związane z hamowaniem, stresem lub rytmem okołodobowym, wyniki mechanistyczne nie przełożyły się na ustaloną metodę leczenia bezsenności.

Co wiadomo o okresie półtrwania DSIP?

Nie ustalono dobrze potwierdzonego okresu półtrwania eliminacji DSIP u ludzi, który pozwalałby wiarygodnie określić czas działania klinicznego, kumulację lub częstotliwość dawkowania.

Często cytowana wartość wynosząca około 15 minut pochodzi z eksperymentów dotyczących rozkładu proteolitycznego prowadzonych na skrawkach lub homogenatach mózgu. W doświadczeniach tych mierzonym punktem końcowym było usunięcie N-końcowego tryptofanu [3]. Jest to pomiar degradacji w tkance in vitro, a nie współczesny pomiar farmakokinetycznego okresu półtrwania po dożylnym podaniu u ludzi.

Wcześniejsze badania z wykorzystaniem homogenatów mózgu szczura pokazują tę samą różnicę. Po 7,5 minuty inkubacji z 2,5% homogenatem mózgowym uwolniono około 30% N-końcowego tryptofanu DSIP. Tempo degradacji różniło się w zależności od warunków eksperymentalnych i wieku rozwojowego [5]. Tego rodzaju test pokazuje podatność na rozszczepienie enzymatyczne. Nie mierzy bezpośrednio wchłaniania, dystrybucji, klirensu osoczowego, wiązania w tkankach, eliminacji nerkowej ani czasu działania w żywym organizmie człowieka.

Badania inkubacji z krwią podobnie wykazały, że degradacja DSIP zależała od czasu, temperatury i gatunku. Natywny DSIP stosunkowo szybko zanikał w preparatach ludzkiej lub szczurzej krwi, tworząc produkty zgodne z usunięciem N-końcowego tryptofanu. Znakowane analogi fosforylowane lub zmodyfikowane na N-końcu degradowały się wolniej i tworzyły kompleksy lub agregaty, które mogły potencjalnie wydłużać pozorną obecność nienaruszonego materiału [18]. Były to badania biostabilności, a nie zwalidowane badania farmakokinetyczne u ludzi.

Ta różnica wyjaśnia, dlaczego terminów „okres półtrwania” i „czas trwania efektu” nie należy stosować zamiennie. Peptyd może szybko znikać z wolnej frakcji krążącej w osoczu, jednocześnie uruchamiając dalszą sygnalizację utrzymującą się znacznie dłużej. Z drugiej strony materiał immunoreaktywny może pozostawać wykrywalny, ponieważ jest związany z nośnikiem lub dlatego, że pomiar obejmuje pokrewne fragmenty, mimo że nie są one biologicznie równoważne nienaruszonemu wolnemu DSIP.

Opublikowane dane nie dostarczają wiarygodnych wartości dotyczących końcowego okresu półtrwania, biodostępności, objętości dystrybucji, klirensu ani ekspozycji u ludzi po podaniu donosowym lub podskórnym.

Metabolizm, degradacja i niepewność farmakokinetyczna

N-końcowy tryptofan wydaje się stanowić ważne wczesne miejsce rozszczepienia w kilku eksperymentach dotyczących degradacji DSIP. Peptydazy obecne w tkankach i krwi mogą kolejno usuwać reszty lub rozszczepiać wiązania peptydowe, tworząc fragmenty, które mogą być nieaktywne, wykazywać odmienną aktywność lub nadal pozostawać wykrywalne za pomocą określonych metod analitycznych. Na mierzone tempo degradacji mogą wpływać temperatura, pH, stężenie enzymów, gatunek, matryca biologiczna i modyfikacja peptydu [3,5,18].

Wiązanie z białkami i agregacja dodatkowo komplikują interpretację. Wcześniejsze badania sugerowały, że endogenna immunoreaktywność podobna do DSIP może być związana z większymi białkami nośnikowymi, potencjalnie chroniącymi peptyd przed szybkim rozkładem proteolitycznym [3]. Zmodyfikowane analogi również wykazywały tworzenie kompleksów oraz wolniejszą degradację in vitro [18]. W rezultacie test mierzący całkowitą immunoreaktywność może dawać inny wynik niż metoda analityczna mierząca konkretnie nienaruszony, wolny DSIP.

Badania bariery krew–mózg prowadzone na zwierzętach i w modelach komórek śródbłonka in vitro sugerowały pewien stopień przenikania DSIP. Wyniki dotyczące transportu nie określają jednak, jaka część współczesnego produktu donosowego lub podawanego w iniekcji dociera do celów neuronalnych u ludzi. Wchłanianie zależne od drogi podania, metabolizm w błonach śluzowych, wiązanie obwodowe, eliminacja nerkowa i miejscowa degradacja w tkankach pozostają niewystarczająco scharakteryzowane. Twierdzenia, że donosowy DSIP całkowicie „omija” degradację lub dostarcza określoną część substancji bezpośrednio do mózgu, nie znajdują potwierdzenia w odpowiednich badaniach farmakokinetycznych.

Te niepewności farmakokinetyczne uniemożliwiają również naukowo wiarygodne przeliczanie ekspozycji między podaniem dożylnym, podskórnym, donosowym i doustnym. Identyczne ilości podane różnymi drogami nie muszą prowadzić do równoważnych stężeń we krwi lub ekspozycji mózgu. Literatura nie pozwala więc uzasadnić klinicznego schematu dawkowania na podstawie około 15-minutowej degradacji obserwowanej in vitro.

Czym jest fosfo-DSIP lub P-DSIP?

Fosfo-DSIP, znany również jako P-DSIP lub DSIP-P, jest fosforylowaną formą DSIP, w której reszta seryny na pozycji 7 zawiera grupę fosforanową.

Fosforylacja wprowadza dodatkową ujemnie naładowaną grupę chemiczną i może zmieniać konformację peptydu, jego podatność na enzymy, właściwości wiązania, agregację oraz zachowanie biologiczne. P-DSIP nie należy więc traktować po prostu jako innej nazwy natywnego DSIP.

Badania immunochemiczne zidentyfikowały podobną do DSIP formę fosforylowaną na Ser7. Eksperyment enzymatyczny in vitro wykazał również, że kinaza kazeinowa II może fosforylować DSIP, wykorzystując ATP lub GTP jako donor fosforanu. W tych warunkach pozorne powinowactwo do substratu było niskie, a badacze opisali DSIP jako potencjalny substrat in vitro, nie wskazując enzymu odpowiedzialnego za fosforylację w żywym organizmie człowieka [19]. Wykazanie, że enzym może fosforylować DSIP w układzie laboratoryjnym, nie dowodzi, że ta sama reakcja stanowi jego naturalny szlak biosyntezy w organizmie człowieka.

Fosforylacja zmienia również masę cząsteczkową. Dodanie grupy fosforanowej zwiększa masę peptydu o około 80 Da. Oczekiwana masa cząsteczkowa pojedynczo fosforylowanego P-DSIP wynosi więc około 928,8 Da, zależnie od jonizacji i formy soli. Jest to obliczona wartość chemiczna, a nie wynik analityczny dotyczący konkretnej partii produktu.

Natywny DSIP a fosforylowane analogi

Natywny DSIP i P-DSIP zachowywały się odmiennie w badaniach na zwierzętach i eksperymentach in vitro.

U swobodnie poruszających się szczurów ciągła, dziesięciogodzinna nocna infuzja dokomorowa 0,5 nmol P-DSIP zwiększyła sen wolnofalowy o 22% i sen paradoksalny o 81%. Wzrost wynikał z większej liczby epizodów snu, natomiast zarówno wyższe, jak i niższe badane dawki były nieskuteczne. W tym konkretnym teście badacze oszacowali, że P-DSIP był około pięć razy silniejszy niż natywny DSIP [16].

W innym eksperymencie na szczurach P-DSIP podawano do trzeciej komory mózgu przed okresem ciemności. Przy 200 pmol/kg P-DSIP zwiększył sen wolnofalowy o 17,3% oraz sen paradoksalny o 32,3% podczas następującego po podaniu okresu ciemności, bez skrócenia latencji snu. Wpływ na sen wolnofalowy utrzymywał się w kolejnym okresie światła, po czym drugiego dnia wartości powróciły do poziomu kontrolnego [17]. Były to badania na zwierzętach wykorzystujące podanie ośrodkowe. Nie były to badania u ludzi i nie ustalają protokołu podania donosowego ani podskórnego.

P-DSIP nie zachowywał się również jako konsekwentnie dłużej działająca forma we wszystkich modelach eksperymentalnych. W eksperymencie dotyczącym hipotermii wywołanej apomorfiną efekt P-DSIP pojawiał się i zanikał szybciej niż efekt natywnego DSIP [9]. Z kolei w badaniach inkubacji z krwią znakowane fosforylowane analogi wykazywały wolniejszą degradację i tworzenie kompleksów [18].

Te pozornie odmienne wyniki pokazują, dlaczego czas utrzymywania się efektu zależy od tego, co dokładnie jest mierzone. Stabilność chemiczna w matrycy biologicznej, fizjologia związana z receptorami, zachowanie oraz architektura snu mogą przebiegać według różnych ram czasowych.

Które twierdzenia dotyczące mechanizmu są potwierdzone, a które hipotetyczne?

Do najlepiej potwierdzonych ustaleń chemicznych należą dziewięcioaminokwasowa sekwencja DSIP, przybliżony wzór cząsteczkowy i masa wolnego peptydu oraz lokalizacja miejsca fosforylacji Ser7 [1,14,19].

Dane eksperymentalne pokazują również, że DSIP może ulegać degradacji w preparatach mózgu i krwi, P-DSIP może zachowywać się inaczej niż natywny DSIP, a DSIP może modyfikować parametry związane z GABA, glutaminianem, NMDA, monoaminami i układem neuroendokrynnym w wybranych modelach eksperymentalnych [5–13,16–19].

Równie istotne są obszary niepewności.

Nie ustalono unikalnego receptora DSIP. Żaden pojedynczy wewnątrzkomórkowy szlak sygnalizacyjny nie wyjaśnia wszystkich zgłaszanych efektów DSIP. Często cytowana wartość 15 minut nie jest ustalonym okresem półtrwania eliminacji u ludzi. Nie wykazano przewidywalnego działania obniżającego kortyzol. Nie wiadomo również, czy obserwowane efekty dotyczące GABA lub NMDA wyjaśniają reakcje snu u ludzi.

Podobnie większa aktywność P-DSIP w wybranych eksperymentach na zwierzętach nie potwierdza jego przewagi u ludzi. Wykrywanie immunoreaktywności podobnej do DSIP również nie musi wskazywać stężenia nienaruszonego, wolnego DSIP.

Ograniczenia danych dotyczących mechanizmu działania

Znaczna część literatury dotyczącej DSIP pochodzi z okresu od lat 70. do lat 90. XX wieku. Wiele z tych eksperymentów wykorzystywało metody zaprojektowane do odpowiedzi na znacznie węższe pytania niż współczesna farmakologia receptorowa, proteomika, farmakokinetyka oparta na spektrometrii mas czy kontrolowane badania kliniczne.

Liczne wyniki opierają się na podaniu dokomorowym, izolowanych neuronach, homogenatach tkanek, synaptosomach, testach radioimmunologicznych lub specjalistycznych modelach zwierzęcych związanych ze stresem i termoregulacją.

Wyniki różnią się również w zależności od gatunku, drogi podania, dawki, czasu oraz wyjściowego stanu fizjologicznego. Nieliniowe zależności dawka–odpowiedź szczególnie utrudniają szeroką ekstrapolację.

Pomiary materiału podobnego do DSIP oparte na przeciwciałach mogą również nie pozwalać na konsekwentne rozróżnienie między nienaruszonym wolnym peptydem, większymi formami związanymi i cząsteczkami reagującymi krzyżowo.

Wyniki mechanistyczne pozostają więc wartościowe dla tworzenia i testowania hipotez badawczych, ale nie mogą ustalić skutecznej dawki u ludzi, schematu leczenia, korzyści klinicznych ani profilu bezpieczeństwa.

Najczęściej zadawane pytania dotyczące mechanizmu DSIP

Jaki jest mechanizm działania DSIP?

DSIP wydaje się wpływać na procesy hamujące, pobudzające, monoaminergiczne, okołodobowe oraz związane z osią HPA, ale nie potwierdzono jednego receptora ani jednolitego mechanizmu działania.

Najbardziej bezpośrednie dane dotyczące szlaków pochodzą z badań neuronów i tkanek zwierzęcych oraz niewielkich badań neuroendokrynnych, a nie z jednoznacznych badań receptorowych u ludzi.

Jak peptyd DSIP działa na sen?

Potencjalne mechanizmy związane ze snem obejmują nasilenie hamowania związanego z GABA, ograniczenie pobudzenia związanego z glutaminianem i NMDA, zmiany sygnalizacji monoaminowej, modulację rytmu okołodobowego oraz zmiany aktywności osi stresu w określonych warunkach [6–13].

Żaden z tych mechanizmów nie został ustalony jako główny szlak odpowiedzialny za wpływ na sen u ludzi, a wyniki kliniczne dotyczące snu były niespójne.

Czy DSIP wiąże się z receptorami GABA?

DSIP nasilał prądy aktywowane przez GABA w neuronach hipokampa i móżdżku szczurów [6].

Wynik ten nie dowodzi jednak, że DSIP bezpośrednio wiąże się z określonym miejscem receptora GABA. Nie potwierdza również, że DSIP działa jak benzodiazepiny lub inne leki GABA-ergiczne.

Czy DSIP wpływa na glutaminian lub receptory NMDA?

Eksperymenty na neuronach i synaptosomach szczurów wykazały zmiany dotyczące pobudzenia zależnego od glutaminianu, potencjalizacji związanej z NMDA oraz wychwytu wapnia [6,7].

Te obserwacje przedkliniczne wspierają możliwość modulacji sygnalizacji pobudzającej, ale nie potwierdzają klinicznie użytecznego działania blokującego NMDA u ludzi.

Czy DSIP obniża kortyzol?

Nie w sposób przewidywalny na podstawie obecnych dowodów.

Niewielkie badania z udziałem ludzi i eksperymenty stresowe na zwierzętach sugerują, że DSIP może wpływać na regulację ACTH, kortyzolu lub kortykosteronu. Badania te nie potwierdzają jednak DSIP jako wiarygodnej metody obniżania poziomu kortyzolu [11–13].

Jaki jest okres półtrwania peptydu DSIP?

Nie ustalono zwalidowanego okresu półtrwania DSIP w osoczu człowieka.

Często cytowana wartość około 15 minut pochodzi z badań proteolitycznego usuwania tryptofanu w skrawkach lub homogenatach mózgu, a nie z pomiarów farmakokinetycznej eliminacji DSIP u ludzi [3].

Dlaczego działanie DSIP może trwać dłużej niż jego czas degradacji?

Peptyd może uruchomić dalsze procesy neuronalne lub hormonalne, które utrzymują się po degradacji lub usunięciu pierwotnej cząsteczki.

Wiązanie z większymi cząsteczkami, dystrybucja do tkanek, reaktywność krzyżowa testów oraz obecność wykrywalnych lub biologicznie aktywnych fragmentów mogą również powodować różnice między zmierzoną immunoreaktywnością podobną do DSIP a rzeczywistym stężeniem nienaruszonego wolnego DSIP.

Jaka jest masa cząsteczkowa DSIP?

Niezmodyfikowany wolny peptyd ma przybliżoną masę cząsteczkową 848,8 g/mol i wzór cząsteczkowy C35H48N10O15 [14].

Formy soli, przeciwjony, uwodnienie, znakowanie izotopowe lub fosforylacja mogą zmieniać wzór cząsteczkowy albo mierzoną masę.

Jaki jest numer CAS DSIP?

Numer CAS 62568-57-4 jest powszechnie przypisywany emideltide lub wolnemu DSIP.

Informacje katalogowe należy jednak sprawdzać pod kątem dokładnej formy chemicznej, ponieważ wolny peptyd, formy octanowe, zmodyfikowane analogi i standardy analityczne nie są automatycznie równoważne.

Jaka jest sekwencja aminokwasowa DSIP?

Sekwencja DSIP to Trp–Ala–Gly–Gly–Asp–Ala–Ser–Gly–Glu, w skrócie WAGGDASGE [1].

Jest to nonapeptyd zawierający serynę na pozycji 7.

Czym jest fosfo-DSIP?

Fosfo-DSIP, P-DSIP lub DSIP-P jest formą DSIP fosforylowaną na Ser7.

W wybranych badaniach in vitro i na zwierzętach stwierdzono różnice między P-DSIP a natywnym DSIP pod względem degradacji, termoregulacji, aktywności okołodobowej oraz efektów związanych ze snem [9,10,16–19].

Czy P-DSIP jest lepszy od natywnego DSIP?

Nie zostało to potwierdzone u ludzi.

P-DSIP wykazywał większą aktywność w jednym eksperymencie dotyczącym snu u szczurów z podaniem ośrodkowym, ale jego działanie różniło się w zależności od dawki i modelu eksperymentalnego [16]. Brakuje odpowiednich bezpośrednich badań klinicznych u ludzi wykazujących większą skuteczność lub bezpieczeństwo.

Czy DSIP jest hormonem endogennym?

Immunoreaktywność podobną do DSIP zidentyfikowano w kilku tkankach i płynach biologicznych, ale jego endogenny prekursor, szlak syntezy, receptor i biologiczna tożsamość pozostają nie w pełni poznane.

Określanie DSIP jako w pełni scharakteryzowanego ludzkiego hormonu wykraczałoby więc poza dostępne dowody [2–4].

Disclaimer

Treść ma wyłącznie charakter edukacyjny i naukowo-informacyjny. Nie stanowi porady medycznej, diagnozy, zaleceń dotyczących leczenia lub dawkowania ani rekomendacji stosowania DSIP.

Delta sleep-inducing peptide (DSIP, emideltide) oraz fosfo-DSIP nie są zatwierdzone przez amerykańską Agencję Żywności i Leków (FDA), Europejską Agencję Leków (EMA) ani brytyjską Medicines and Healthcare products Regulatory Agency (MHRA) do leczenia bezsenności, obniżania poziomu kortyzolu, leczenia stresu ani innych zastosowań omawianych w tym artykule.

Dostępne dane są ograniczone i pochodzą przede wszystkim z badań na zwierzętach, ex vivo, in vitro, badań mechanistycznych oraz niewielkich historycznych badań z udziałem ludzi. Artykuł nie zawiera protokołu dawkowania, rekonstytucji, iniekcji ani samodzielnego stosowania.

References

[1] Schoenenberger, G. A., Maier, P. F., Tobler, H. J., Wilson, K., & Monnier, M. (1978). The delta EEG (sleep)-inducing peptide (DSIP). XI. Amino-acid analysis, sequence, synthesis and activity of the nonapeptide. Pflügers Archiv, 376(2), 119–129. https://doi.org/10.1007/BF00581575

[2] Kovalzon, V. M., & Strekalova, T. V. (2006). Delta sleep-inducing peptide (DSIP): A still unresolved riddle. Journal of Neurochemistry, 97(2), 303–309. https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.2006.03693.x

[3] Schoenenberger, G. A. (1984). Characterization, properties and multivariate functions of delta-sleep-inducing peptide (DSIP). European Neurology, 23(5), 321–345. https://doi.org/10.1159/000115711

[4] Graf, M. V., & Kastin, A. J. (1986). Delta sleep-inducing peptide (DSIP): An update. Peptides, 7(6), 1165–1187. https://doi.org/10.1016/0196-9781(86)90148-8

[5] Huang, J. T., & Lajtha, A. (1978). The degradation of a nonapeptide, sleep inducing peptide, in rat brain: Comparison with enkephalin breakdown. Research Communications in Chemical Pathology and Pharmacology, 19(2), 191–199. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25463/

[6] Grigoriev, V. V., Ivanova, T. A., Kustova, E. A., Petrova, L. N., Serkova, T. P., & Bachurin, S. O. (2006). Effects of delta sleep-inducing peptide on pre- and postsynaptic glutamate and postsynaptic GABA receptors in neurons of the cortex, hippocampus, and cerebellum in rats. Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 142(4), 444–446. https://doi.org/10.1007/s10517-006-0323-9

[7] Umriukhin, P. E. (2002). Delta sleep-inducing peptide blocks excitatory effects of glutamate on rat brain neurons. Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 134(1), 5–7. https://doi.org/10.1023/A:1020679815690

[8] Tsunashima, K., Kato, N., Masui, A., & Takahashi, K. (1994). The effect of delta sleep-inducing peptide (DSIP) on the changes of body (core) temperature induced by serotonergic agonists in rats. Peptides, 15(1), 61–65. https://doi.org/10.1016/0196-9781(94)90171-6

[9] Tsunashima, K., Masui, A., & Kato, N. (1990). The effect of delta sleep-inducing peptide (DSIP) and phosphorylated DSIP (P-DSIP) on the apomorphine-induced hypothermia in rats. Brain Research, 510(1), 171–174. https://doi.org/10.1016/0006-8993(90)90748-Z

[10] Graf, M., Christen, H., & Schoenenberger, G. A. (1982). DSIP/DSIP-P and circadian motor activity of rats under continuous light. Peptides, 3(6), 1053–1057. https://doi.org/10.1016/0196-9781(82)90161-9

[11] Chiodera, P., Volpi, R., Capretti, L., Giacalone, G., Caffarri, G., Davoli, C., Nigro, E., & Coiro, V. (1994). Different effects of delta-sleep-inducing peptide on arginine-vasopressin and ACTH secretion in normal men. Hormone Research, 42(6), 267–272. https://doi.org/10.1159/000184207

[12] Lesch, K. P., Widerlöv, E., Ekman, R., Laux, G., Schulte, H. M., Pfüller, H., & Beckmann, H. (1988). Delta sleep-inducing peptide response to human corticotropin-releasing hormone (CRH) in major depressive disorder: Comparison with CRH-induced corticotropin and cortisol secretion. Biological Psychiatry, 24(2), 162–172. https://doi.org/10.1016/0006-3223(88)90271-5

[13] Iukhananov, R. Iu., Rozhanets, V. V., Mikhaleva, I. I., & Maĭskiĭ, A. I. (1990). Analysis of the mechanism of the stress-protective action of delta sleep-inducing peptide. Biulleten’ Eksperimental’noi Biologii i Meditsiny, 109(1), 46–47. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/2159352/

[14] National Center for Biotechnology Information. (2026). PubChem Compound Summary for CID 68816, Delta Sleep-Inducing Peptide. PubChem. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/68816

[15] Mendzheritskii, A. M., Lysenko, A. V., Uskova, N. I., & Mikhaleva, I. I. (1997). Studies of the mechanism of the anticonvulsant effect of delta-sleep-inducing peptide in conditions of increased oxygen tension. Neuroscience and Behavioral Physiology, 27, 329–333. https://doi.org/10.1007/BF02461934

[16] Kimura, M., & Inoué, S. (1989). The phosphorylated analogue of DSIP enhances slow wave sleep and paradoxical sleep in unrestrained rats. Psychopharmacology, 97(1), 35–39. https://doi.org/10.1007/BF00443409

[17] Nakagaki, K., Ebihara, S., Usui, S., Honda, Y., & Takahashi, Y. (1988). Sleep-promoting effect following intracerebroventricular injection of a phosphorylated analogue of delta sleep-inducing peptide (DSIP-P) in rats. Neuroscience Letters, 91(2), 160–164. https://doi.org/10.1016/0304-3940(88)90761-6

[18] Graf, M. V., Saegesser, B., & Schoenenberger, G. A. (1987). Degradation and aggregation of delta sleep-inducing peptide (DSIP) and two analogs in plasma and serum. Peptides, 8(4), 599–603. https://doi.org/10.1016/0196-9781(87)90031-3

[19] Nakamura, A., & Shiomi, H. (1991). Phosphorylation of delta sleep-inducing peptide (DSIP) by casein kinase II in vitro. Peptides, 12(6), 1375–1377. https://doi.org/10.1016/0196-9781(91)90222-B