Werkingsmechanisme van DSIP: halfwaardetijd, cortisol, structuur en fosfo-DSIP

Delta-slaapinducerend peptide (DSIP), ook bekend als emideltide, lijkt invloed te hebben op verschillende neuronale en neuroendocrine systemen in plaats van via één bevestigde receptor te werken. Het exacte werkingsmechanisme blijft echter onduidelijk en de meeste gegevens over de biologische routes zijn afkomstig van dier-, weefsel- of celonderzoek.

DSIP is een peptide dat bestaat uit negen aminozuren, voor het eerst geïdentificeerd in experimenten met veneus hersenbloed van konijnen dat werd afgenomen in verband met de slaap. De naam suggereert dat het als een specifiek slaapsignaal fungeert. Later onderzoek bracht DSIP echter in verband met stressreacties, de afscheiding van hypofysehormonen, circadiaanse activiteit, GABA- en glutamaatsignalering, monoamines en processen gerelateerd aan het opioïde systeem. Deze resultaten hebben geleid tot verschillende mogelijke mechanistische verklaringen, maar geen daarvan geeft een volledig en klinisch bewezen beeld van de werking van DSIP bij mensen [1–4].

Onzekerheid gaat verder dan ontbrekende details over het mechanisme. Onderzoekers hebben geen unieke DSIP-receptor met een hoge affiniteit geïdentificeerd, noch een conventioneel precursorgen dat eenduidig verantwoordelijk is voor de productie van het vrije nonapeptide, noch een consistent verband tussen een specifieke bloedconcentratie en een specifiek effect bij mensen. Metingen die worden aangeduid als „DSIP-achtige immunoreactiviteit” kunnen ook een peptide detecteren dat is gebonden aan grotere moleculen of materiaal met een vergelijkbare structuur, in plaats van uitsluitend vrije, intacte DSIP. Om deze reden is het belangrijk onderscheid te maken tussen chemische identiteit, direct gemeten experimentele effecten, neuroendocriene observaties bij mensen en bredere mechanistische hypothesen.

Hoe werkt DSIP?

De meest aannemelijke interpretatie gaat ervan uit dat DSIP kan fungeren als een contextafhankelijke neuromodulator. Een neuromodulator hoeft niet één enkele receptor te activeren en één enkele voorspelbare respons teweeg te brengen. In plaats daarvan kan hij de manier modificeren waarop neurale circuits reageren op bestaande remmende, exciterende, hormonale en circadiane signalen. Een dergelijke verklaring sluit beter aan bij de beschikbare literatuur dan het beschrijven van DSIP als een conventioneel slaapmiddel.

In experimenteel onderzoek is DSIP in verband gebracht met veranderingen in neuronale activiteit, door GABA geactiveerde stromen, glutamaat- en NMDA-signalering, monoamine-activiteit, hypofysehormoonsecretie, stressgerelateerde genexpressie en circadiaanse locomotore activiteit [3–9]. De richting en intensiteit van deze effecten hangen vaak af van de soort, de dosis, de toedieningsweg, het tijdstip van de dag, het basale stressniveau en het specifieke hersengebied of experimentele model. Ouder onderzoek beschreef ook niet-lineaire dosis-responsrelaties of omgekeerde klokvormige curven. In deze experimenten wekte een gemiddelde dosis soms een effect op, terwijl lagere en hogere doses dat niet deden [3,10].

Deze waarnemingen wijzen niet op één enkel moleculair doelwit. Er is geen erkend bewijs dat aantoont dat DSIP optreedt als een directe agonist of antagonist van een specifieke „DSIP-receptor”. Beweringen dat DSIP uitsluitend werkt via GABA, serotonine, dopamine, NMDA-receptoren, het verlagen van cortisol of het opioïde systeem, gaan dan ook verder dan de beschikbare gegevens. Elk van deze trajecten vertegenwoordigt een experimentele waarneming of een voorgesteld indirect mechanisme, en geen volledige verklaring voor de werking van DSIP bij mensen.

Aminozuursequentie en moleculaire structuur van DSIP

DSIP is een nonapeptide, wat betekent dat het bestaat uit negen aminozuurresiduen die met peptidebindingen zijn verbonden. De vastgestelde sequentie van het vrije peptide is:

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

De eenletterige code voor de sequentie is:

• WAGGDASGE

De N-terminus begint met tryptofaan, terwijl de C-terminus eindigt met glutaminezuur. Serine bevindt zich op positie 7 en is met name van belang in het geval van fosfo-DSIP, omdat de hydroxyl-zijketen ervan kan worden gefosforyleerd. Eerste sequentieonderzoeken toonden tevens aan dat structurele details de activiteit kunnen beïnvloeden. Synthetisch DSIP verhoogde de delta- en slaapspindelactiviteit in het EEG in een konijnenmodel, terwijl onderzochte fragmenten, analogen met een gemodificeerde sequentie en het beta-aspartylisomeer een lagere activiteit vertoonden of in dezelfde experimentele omstandigheden inactief bleven [1]. Dit toont het structuur-activiteitsverband aan in een primair dierexperiment, maar bevestigt niet het bestaan van een specifieke humane DSIP-receptor.

Voor de ongemodificeerde vrije DSIP vermeldt de PubChem-database de molecuulformule C35H48N10O15, een geschatte molecuulmassa van 848,8 g/mol en het PubChem Compound ID 68816 [14]. CAS-nummer 62568-57-4 wordt algemeen toegewezen aan emideltide of vrije DSIP. Een CAS-nummer, een identificatiecode in een chemische database of een internationale niet-gepatenteerde naam identificeren echter een specifieke chemische stof. Ze bevestigen geen goedkeuring door regelgevende instanties, klinische werkzaamheid, zuiverheid of equivalentie tussen vrije DSIP en de zoutvorm ervan.

Tekstueel structuurdiagram

De structuur van het DSIP-peptide kan worden weergegeven zonder te suggereren dat het één vaste, biologisch actieve driedimensionale conformatie bezit:

Een plat sekentdiagram is wetenschappelijk geschikter dan het presenteren van één verfijnd „moleculair model” als de biologisch actieve vorm van DSIP. Korte peptiden komen in oplossing voor als dynamische verzamelingen van verschillende conformaties. Hun conformationele gedrag kan veranderen afhankelijk van de pH, ionsterkte, oplosmiddel, membranen, bindingspartners, fosforylering en concentratie. Er is geen definitieve structuur van receptorgebonden DSIP vastgesteld die één enkele actieve 3D-conformatie ondersteunt.

De opgegeven molecuulmassa vereist eveneens de juiste context. De waarde van ongeveer 848,8 g/mol heeft betrekking op het neutrale, ongemodificeerde peptide dat wordt vertegenwoordigd door de formule C35H48N10O15. Acetaatzouten, gehydrateerde vormen, tegenionen, fosforylering, isotopische labels en andere modificaties kunnen de molecuulformule of de gemeten molecuulmassa veranderen. De hoeveelheid in milligram die op een commerciële vial is aangegeven, bevestigt niet de exacte chemische vorm of de hoeveelheid intact, actief peptide die daarin aanwezig is.

Voorgestelde neurale en neuroendocrine mechanismen

Onderzoek naar DSIP omvat verschillende niveaus van biologische organisatie, van elektrische reacties van geïsoleerde neuronen tot stressreacties bij hele dieren. Deze verschillende niveaus moeten niet worden samengevoegd tot één enkele route. Een elektrofysiologisch experiment kan aantonen dat DSIP de neuronale respons verandert onder gecontroleerde omstandigheden, maar dit kan op zich niet bevestigen dat hetzelfde mechanisme slaap opwekt, cortisol verlaagt of de klinische toestand verbetert.

Een van de belangrijkste gebieden van mechanistisch onderzoek betreft het evenwicht tussen remmende en exciterende signalering. In hippocampale en cerebellaire neuronen van ratten versterkte DSIP op een dosisafhankelijke manier de stromen die worden geactiveerd door GABA, de belangrijkste remmende neurotransmitter in de hersenen. In corticale en hippocampale preparaten blokkeerde DSIP bovendien de door NMDA geactiveerde potentiëring. Experimenten met corticale synaptosomen suggereerden bovendien een modulatie van de presynaptische calciumopname die geassocieerd is met NMDA [6]. In afzonderlijke experimenten met rattenneuronen werd vastgesteld dat DSIP de exciterende effecten veroorzaakt door glutamaat verminderde [7]. Samen ondersteunen deze resultaten de mogelijkheid van een verschuiving naar een lagere neuronale excitabiliteit. Ze tonen echter niet aan dat DSIP direct bindt aan GABA-A- of NMDA-receptoren bij concentraties die bij mensen bereikbaar zijn.

Onderzoek naar epileptische aanvallen en stress bij dieren is over het algemeen in overeenstemming met dit evenwichtsmodel tussen remming en excitatie. Tijdens verhoogde zuurstofdruk werd de toediening van DSIP aan ratten in verband gebracht met hogere concentraties GABA en homokarnosine in de hersenschors en lagere concentraties glutamaat en asparaat [15]. Dit was een biochemische ontdekking afkomstig van een gespecialiseerd diermodel voor aanvallen. Het kan niet direct worden vertaald naar de bewering dat DSIP een GABA-erg medicijn, een NMDA-antagonist of een anti-epilepticum voor mensen is.

Ook monoaminergische mechanismen werden onderzocht. In een experiment naar thermoregulatie bij ratten werd het effect van DSIP op temperatuurveranderingen veroorzaakt door een serotogenere agonist gemoduleerd door farmacologische blokkade. Onderzoekers suggereerden daarom een mogelijke betrokkenheid van het mechanisme dat gekoppeld is aan de 5-HT1A-receptor [8]. DSIP en gefosforyleerd DSIP veranderden ook de door apomorfine geïnduceerde hypothermie, terwijl haloperidol beide effecten antagoneerde. Dit suggereerde een verband met dopamine-signalisatie in dit specifieke thermoregulerende model [9]. Deze studies tonen de afhankelijkheid aan van bepaalde dierlijke reacties op specifieke routes, maar bevestigen niet dat DSIP een agonist is van serotonine- of dopaminereceptoren.

Endogene biologie van DSIP blijft bijzonder onduidelijk. DSIP-achtige immunoreactiviteit is gedetecteerd in de hersenen, hypofyse, perifeer weefsel, plasma, hersenvocht, urine en melk. Een deel van dit immunoreactieve materiaal lijkt gebonden te zijn aan grotere moleculen. Op antilichamen gebaseerde methoden kunnen intacte vrije DSIP niet altijd onderscheiden van gebonden peptide, precursorachtig materiaal of kruisreagerende sequenties. In overzichten werd DSIP daarom beschreven als een onvolledig begrepen peptidesysteem in plaats van een volledig gekarakteriseerd hormoon met een specifiek gen, receptor, syntheseroute en terugkoppelingsmechanisme [2–4].

DSIP, ACTH en cortisol

DSIP is onderzocht als een potentiële regulator van de hypothalamus-hypofyse-bijnierasas, algemeen bekend als de HPA-as. In de klassieke stressresponsroute geeft de hypothalamus corticotropine-releasing hormone (CRH) vrij. CRH stimuleert de hypofyse om adrenocorticotroop hormoon (ACTH) af te scheiden, en ACTH stimuleert vervolgens de bijnierschors om cortisol te produceren bij mensen of voornamelijk corticosteron bij ratten. Resultaten met betrekking tot DSIP zijn op verschillende niveaus van dit systeem waargenomen, maar deze bevestigen niet dat DSIP een stof is die het cortisolniveau betrouwbaar verlaagt.

In een klein klinisch experiment werden de ACTH- en argininevasopressineresponses bij gezonde mannen onderzocht. DSIP werd bij acht deelnemers toegediend via een infusie tijdens een deel van het protocol, terwijl zeven andere deelnemers werden opgenomen in andere tijdvoorwaarden. DSIP verlaagde de ACTH-concentratie in het bloed significant, maar had geen invloed op de basale vasopressineconcentratie of op de respons daarop op osmotische en orthostatische stimuli [11]. Dit is direct neuroendocrien bewijs afkomstig van een studie bij mensen. Het experiment was echter klein en van fysiologische aard. Het toonde geen therapeutisch effect op cortisol, langetermijnvoordelen, klinische werkzaamheid of de veiligheid van moderne subcutane of intranasale DSIP-producten aan.

In een ander onderzoek bij mensen werd een CRH-stimulatietest uitgevoerd bij 12 personen met een grote depressieve stoornis en 12 adequaat gematchte controlesubjecten. De basale concentraties van DSIP en cortisol waren met elkaar gecorreleerd en hoger bij de deelnemers met een depressie. De DSIP-reacties na toediening van CRH verschilden eveneens tussen beide groepen. De onderzoekers beschouwden deze resultaten als consistent met een mogelijke modulerende rol van DSIP in de regulatie van de HPA-as [12]. Aangezien dit echter een biomarker- en responsstudie betrof, toont dit niet aan dat toediening van DSIP het cortisolgehalte verlaagt of depressie geneest.

Diergegevens zijn op vergelijkbare wijze afhankelijk van de experimentele omstandigheden. Bij ratten die aan langdurige immobilisatiestress werden blootgesteld, stegen de spiegels van ACTH, corticosteron en bèta-endorfine. Toediening van DSIP verminderde de stijging van corticosteron gedeeltelijk, maar leidde niet tot een eenvoudige remming van alle gemeten hormonen [13]. Andere experimenten suggereerden dat de neurale effecten van DSIP afhankelijk waren van de basale corticosteroïdconcentraties en duidelijker werden onder stressgerelateerde omstandigheden. Een dergelijk patroon is meer in overeenstemming met statusafhankelijke modulatie dan met een universeel mechanisme van cortisolremming.

Om deze reden is de bewering „DSIP verlaagt cortisol” te categorisch. Een nauwkeuriger conclusie is dat beperkte gegevens uit humane en dierlijke studies suggereren dat DSIP een interactie aangaat met de regulatie van de HPA-as, inclusief ACTH- en corticosteroïdresponsen, maar dat er geen gevalleerd klinisch protocol bestaat dat een voorspelbare verlaging van cortisol aantoont. Cortisol is bovendien onderhevig aan een sterk circadiaan ritme en is afhankelijk van ziekten, slaaptekort, voedselinname, fysieke activiteit, medicatie en de omstandigheden waarin het monster wordt afgenomen. Een enkele cortisolmeting vereist daarom de juiste context.

DSIP en slaapregulerende routes

DSIP ontleent zijn naam aan het geobserveerde experimentele fenotypische kenmerk, en niet aan de ontdekking van een specifieke receptorroute. In initiële experimenten op konijnen werd materiaal gebruikt dat was verkregen tijdens elektrisch opgewekte slaap, en werd aangetoond dat het geïsoleerde en vervolgens synthetisch verkregen nonapeptide de delta-activiteit en slaapspindels in het EEG verhoogde na intracerebroventriculaire toediening [1]. Latere experimenten leverden wisselende resultaten op, afhankelijk van de diersoort, de toedieningsweg, de dosering en het behandelschema. Deze inconsistentie is een van de redenen waarom de voorgestelde rol van DSIP als universele endogene slaapfactor onderwerp van discussie blijft [2–4].

Verschillende mechanismen zouden DSIP potentieel kunnen verbinden met de slaapregulatie. Een toename van de GABA-gerelateerde remming in combinatie met een afname van de glutamaat- en NMDA-gerelateerde excitatie zou de neurale excitatie in bepaaldecircuits kunnen beperken [6,7]. Veranderingen in serotoninerge en dopaminerge activiteit zouden de overgangen tussen slaap en wakefulness, thermoregulatie en circadiaan gedrag kunnen beïnvloeden [8–10]. Modulatie van de HPA-as zou de slaap indirect kunnen beïnvloeden onder omstandigheden van verhoogde activiteit van het stresssysteem [11–13]. Geen van deze routes is echter vastgesteld als het hoofdmechanisme dat verantwoordelijk is voor de herhaalbare effecten van DSIP op de menselijke slaap.

Dierstudies suggereren ook dat het tijdstip van toediening en het blootstellingspatroon de respons kunnen beïnvloeden. Herhaalde toediening veranderde de circadiaanse locomotore activiteit onder omstandigheden van continu licht, waarbij natieve DSIP en P-DSIP verschillende patronen opwekten [10]. In slaapstudies bij ratten verhoogde het gefosforyleerde analoog zowel de slow-wave-slaap als de paradoxale slaap na centrale toediening, hoewel het bereik van effectieve doseringen niet-lineair was [16,17]. Deze resultaten kunnen helpen bij het opstellen van hypothesen over de circadiaanse regulatie en slaaparchitectuur, maar ze bewijzen niet dat perifere toediening bij mensen leidt tot het bereiken van dezelfde hersengebieden of dezelfde effecten teweegbrengt.

Mensenlijk slaapeloosheidsonderzoek heeft niet consequent sterke effecten aangetoond. In sommige kleine experimenten zijn veranderingen in slaapgerelateerde parameters opgemerkt, maar gecontroleerde onderzoeken lieten over het algemeen zwakke, variabele of klinisch beperkte voordelen zien. Zelfs als DSIP neurale routes met betrekking tot remming, stress of het circadiaan ritme moduleert, hebben de mechanistische resultaten zich daarom niet vertaald naar een gevestigde behandeling voor slapeloosheid.

Wat is er bekend over de halfwaardetijd van DSIP?

Er is bij mensen geen goed bevestigde eliminatiehalfwaardetijd van DSIP vastgesteld waarmee de duur van de klinische werking, accumulatie of doseringsfrequentie betrouwbaar kan worden bepaald.

De vaak aangehaalde waarde van ongeveer 15 minuten is afkomstig van experimenten met proteolytische afbraak die werden uitgevoerd op hersenplakjes of -homogenaten. In deze experimenten was het gemeten eindpunt de verwijdering van het N-terminale tryptofaan [3]. Dit is een meting van weefseldegradatie in vitro, en geen hedendaagse meting van de farmacokinetische halfwaardetijd na intraveneuze toediening bij mensen.

Eerdere onderzoeken met homogenaten van rattenhersenen laten hetzelfde verschil zien. Na 7,5 minuten incubatie met 2,5% hersenhomogenaat werd ongeveer 30% N-terminaal tryptofaan DSIP vrijgemaakt. De afbraaksnelheid varieerde afhankelijk van de experimentele omstandigheden en de ontwikkelingsleeftijd [5]. Een dergelijke test toont de gevoeligheid voor enzymatische afbraak aan. De test meet niet rechtstreeks de absorptie, de distributie, de plasma-clearance, de binding in weefsels, de renale eliminatie of de werkingsduur in een levend menselijk organisme.

Incubatiestudies met bloed toonden eveneens aan dat de degradatie van DSIP afhankelijk was van tijd, temperatuur en soort. Natieve DSIP verdween relatief snel in preparaten van menselijk of rattenbloed, waarbij producten ontstonden die overeenkwamen met de verwijdering van tryptofaan aan de N-terminus. Gemarkeerde, gefosforyleerde of aan de N-terminus gemodificeerde analoga degradeerden langzamer en vormden complexen of aggregaten die mogelijk de schijnbare aanwezigheid van intact materiaal konden verlengen [18]. Dit waren biostabiliteitsstudies en geen gevalideerde farmacokinetische studies bij mensen.

Dit verschil verklaart waarom de termen „halfwaardetijd” en „werkingsduur” niet door elkaar mogen worden gebruikt. Eenpeptide kan snel verdwijnen uit de vrije circulerende fractie in het plasma, terwijl het tegelijkertijd verdere signalering in werking zet die veel langer aanhoudt. Aan de andere kant kan immunoreactief materiaal aantoonbaar blijven omdat het gebonden is aan een drager of omdat de meting verwante fragmenten omvat, ondanks dat deze niet biologisch equivalent zijn aan het intacte vrije DSIP.

De gepubliceerde gegevens verschaffen geen betrouwbare waarden met betrekking tot de terminale halfwaardetijd, biologische beschikbaarheid, distributievolume, klaring of blootstelling bij mensen na intranasale of subcutane toediening.

Metabolisme, degradatie en farmacokinetische onzekerheid

N-terminaal tryptofaan lijkt een belangrijke vroege k-leuvensplaats te vormen in verschillende experimenten met betrekking tot de degradatie van DSIP. Peptidasen die aanwezig zijn in weefsels en bloed kunnen achtereenvolgens residuen verwijderen of peptidebindingen splitsen, waardoor fragmenten ontstaan die inactief kunnen zijn, een andere activiteit kunnen vertonen of nog steeds aantoonbaar kunnen blijven met behulp van bepaalde analytische methoden. De gemeten degradatiesnelheid kan worden beïnvloed door temperatuur, pH, enzymconcentratie, diersoort, biologische matrix en peptidemodificatie [3,5,18].

Eiwitbinding en aggregatie compliceren de interpretatie extra. Eerdere onderzoeken suggereerden dat endogene DSIP-achtige immunoreactiviteit verband kan houden met grotere dragereiwitten, die het peptide mogelijk beschermen tegen snelle proteolytische afbraak [3]. Gemodificeerde analoga vertoonden in vitro ook complexvorming en een langzamere degradatie [18]. Als gevolg hiervan kan een test die de totale immunoreactiviteit meet een ander resultaat opleveren dan een analytische methode die specifiek het intacte, vrije DSIP meet.

Dieronderzoek en in-vitromodellen van endotheelcellen naar de bloed-hersenbarrière suggereerden een bepaalde mate van DSIP-permeatie. De transportresultaten bepalen echter niet hoeveel van het moderne neusproduct of de injectie de neuronale doelen bij de mens bereikt. Absorptie afhankelijk van de toedieningsweg, mucosale metabolisme, perifeer the binding, renale eliminatie en lokale weefseldegradatie blijven onvoldoende gekarakteriseerd. Beweringen dat nasaal DSIP de degradatie volledig „omzeilt” of een specifiek deel van de stof direct aan de hersenen aflevert, worden niet ondersteund door adequaat farmacokinetisch onderzoek.

Deze farmacokinetische onzekerheden verhinderen bovendien een wetenschappelijk betrouwbare omrekening van de blootstelling tussen intraveneuze, subcutane, intranasale en orale toediening. Identieke hoeveelheden die via verschillende wegen worden toegediend, hoeven niet te leiden tot equivalente bloedspiegels of hersenblootstelling. De literatuur laat dan ook niet toe om een klinisch doseringsschema te onderbouwen op basis van de in vitro waargenomen degradatie van ongeveer 15 minuten.

Wat is fosfo-DSIP of P-DSIP?

Fosfo-DSIP, ook bekend als P-DSIP of DSIP-P, is een gefosforyleerde vorm van DSIP waarin het serinezuurresid op positie 7 een fosfaatgroep bevat.

Fosforylering introduceert een extra negatief geladen chemische groep en kan de conformatie van het peptide, de gevoeligheid voor enzymen, de bindingseigenschappen, de aggregatie en het biologische gedrag veranderen. P-DSIP moet daarom niet simpelweg worden beschouwd als een andere naam voor natieve DSIP.

Immunochemische analyses identificeerden een DSIP-achtige gefosforyleerde vorm op Ser7. Een in vitro enzymatisch experiment toonde ook aan dat caseïnekinase II DSIP kan fosforyleren met behulp van ATP of GTP als fosfaatdonor. Onder deze omstandigheden was de schijnbare affiniteit voor het substraat laag en beschreven de onderzoekers DSIP als een potentieel in vitro substraat, zonder het enzym aan te duiden dat verantwoordelijk is voor de fosforylering in het levende menselijk organisme [19]. Aantonen dat een enzym DSIP kan fosforyleren in een laboratoriesysteem bewijst niet dat dezelfde reactie de natuurlijke biosyntheseroute vormt in het menselijk lichaam.

Fosforylering veranderingt ook de moleculaire massa. De toevoeging van een fosfaatgroep verhoogt de massa van het peptide met ongeveer 80 Da. De verwachte moleculaire massa van enkelvoudig gefosforyleerd P-DSIP is daarom ongeveer 928,8 Da, afhankelijk van ionisatie en zoutvorm. Dit is een berekende chemische waarde en geen analytisch resultaat voor een specifieke productpartij.

Natuurlijke DSIP versus gefosforyleerde analoga

Natuurlijk DSIP en P-DSIP gedroegen zich verschillend in dierproeven en in-vitreo-experimenten.

Bij vrij bewegende ratten zorgde een continue, tien uur durende nachtelijke intraventriculaire infusie van 0,5 nmol P-DSIP voor een toename van de slow-wave-slaap met 22% en van de paradoxale slaap met 81%. Deze toename was het gevolg van een groter aantal slaapepisodes, terwijl zowel de hogere als de lagere onderzochte doses geen effect hadden. In deze specifieke test schatten de onderzoekers dat P-DSIP ongeveer vijf keer sterker was dan natief DSIP [16].

In een ander experiment met ratten werd P-DSIP vóór de donkere periode in de derde hersenkamer toegediend. Bij een dosis van 200 pmol/kg verhoogde P-DSIP de slow-wave-slaap met 17,3% en de REM-slaap met 32,3% tijdens de donkere periode die volgde op de toediening, zonder dat de slaaplatentie werd verkort. Het effect op de slow-wave-slaap hield aan tijdens de daaropvolgende lichtperiode, waarna de waarden op de tweede dag terugkeerden naar het controleniveau [17]. Dit waren dierstudies waarbij centrale toediening werd gebruikt. Het betrof geen onderzoeken bij mensen en er werd geen protocol vastgesteld voor intranasale of subcutane toediening.

P-DSIP gedroeg zich in alle experimentele modellen evenmin als een consistent langwerkende vorm. In het experiment met apomorfine-geïnduceerde hypothermie verscheen en verdween het P-DSIP-effect sneller dan het effect van natief DSIP [9]. In inkubatiestudies met bloed daarentegen vertoonden de gelabelde gefosforyleerde analoga een langzamere degradatie en complexvorming [18].

Deze ogenschijnlijk verschillende resultaten laten zien waarom de duur van het effect afhangt van wat er precies wordt gemeten. Chemische stabiliteit in een biologische matrix, receptorgerelateerde fysiologie, gedrag en slaaparchitectuur kunnen verschillende tijdschema's volgen.

Welke beweringen over het mechanisme zijn bevestigd en welke zijn hypothetisch?

Tot de best bewezen chemische bevindingen behoren de negen-aminozuursequentie van DSIP, de benaderende molecuulformule en massa van het vrije peptide, en de lokalisatie van de fosforyleringsplaats Ser7 [1,14,19].

Experimentele gegevens tonen ook aan dat DSIP kan worden afgebroken in hersen- en bloedpreparaten, dat P-DSIP zich anders kan gedragen dan natieve DSIP, en dat DSIP parameters in verband met GABA, glutamaat, NMDA, monoamines en het neuroendocriene systeem kan modificeren in geselecteerde experimentele modellen [5–13,16–19].

Even belangrijk zijn de gebieden van onzekerheid.

Er is geen unieke DSIP-receptor vastgesteld. Geen enkele intracellulaire signaleringsroute verklaart alle gerapporteerde effecten van DSIP. De vaak geciteerde waarde van 15 minuten is geen vastgestelde eliminatiehalfwaardetijd bij mensen. Er is geen voorspelbaar cortisolverlagend effect aangetoond. Het is ook onbekend of de waargenomen effecten op GABA of NMDA de slaapreacties bij mensen verklaren.

Evenzo bevestigt een grotere activiteit van P-DSIP in geselecteerde dierexperimenten de voordelen ervan bij mensen niet. Ook de detectie van DSIP-achtige immunoreactiviteit hoeft niet te duiden op de concentratie van intact, vrij DSIP.

Gegevensbeperkingen met betrekking tot het werkingsmechanisme

Een groot deel van de literatuur over DSIP stamt uit de periode van de jaren 70 tot de jaren 90 van de twintigste eeuw. Veel van deze experimenten maakten gebruik van methoden die waren ontworpen om antwoord te geven op veel specifiekere vragen dan de moderne receptorfarmacologie, proteomica, op massaspectrometrie gebaseerde farmacokinetiek of gecontroleerde klinische onderzoeken.

Veel resultaten zijn gebaseerd op intracerebroventriculaire toediening, geïsoleerde neuronen, weefselhomogenaten, synaptosomen, radio-immunoassays of gespecialiseerde diermodellen met betrekking tot stress en thermoregulatie.

De resultaten variëren ook afhankelijk van de soort, de toedieningsweg, de dosis, de tijd en de initiële fysiologische toestand. Niet-lineaire dosis-responsdependenties bemoeilijken met name een brede extrapolatie.

Antilichaamgebaseerde metingen van op DSIP lijkend materiaal slagen er mogelijk ook niet in om consistent onderscheid te maken tussen de intacte vrije peptide, grotere gebonden vormen en kruisreagerende moleculen.

Mechanistische resultaten blijven daarom waardevol voor het genereren en testen van onderzoekshypothesen, maar zij kunnen geen effectieve humane dosering, behandelingsschema, klinisch voordeel of veiligheidsprofiel vaststellen.

Veelgestelde vragen over het DSIP-mechanisme

Wat is het werkingsmechanisme van DSIP?

DSIP lijkt remmende, stimulerende, monoaminerge, circadiaan gerelateerde en HPA-as-gerelateerde processen te beïnvloeden, maar één enkele receptor of een uniform werkingsmechanisme is niet bevestigd.

De meest directe gegevens over routes zijn afkomstig van onderzoeken naar neuronen en dierlijke weefsels en kleine neuroendocriene onderzoeken, en niet van definitieve receptoronderzoeken bij mensen.

Hoe werkt het peptide DSIP op de slaap?

Mogelijke slaapgerelateerde mechanismen omvatten een versterking van de GABA-ergische remming, een vermindering van de glutamatergische en NMDA-ergische excitatie, veranderingen in de monoaminergische signalering, modulatie van het circadiane ritme en veranderingen in de activiteit van de stressas onder specifieke omstandigheden [6–13].

Geen van deze mechanismen is vastgesteld als de belangrijkste route die verantwoordelijk is voor het beïnvloeden van de slaap bij mensen, en de klinische resultaten met betrekking tot de slaap waren inconsistent.

Bindt DSIP zich aan GABA-receptoren?

DSIP versterkte door GABA geactiveerde stromen in hippocampale en cerebellaire neuronen van ratten [6].

Dit resultaat bewijst echter niet dat DSIP zich direct bindt aan een specifieke GABA-receptorplaats. Het bevestigt alsof ook niet dat DSIP werkt zoals benzodiazepines of andere GABA-ergische medicijnen.

Beïnvloedt DSIP glutamaat of NMDA-receptors?

Experimenten met neuronen en synaptosomen van ratten toonden veranderingen aan met betrekking tot glutamaatafhankelijke excitatie, NMDA-gerelateerde potentiëring en calciumopname [6,7].

Deze preklinische waarnemingen ondersteunen de mogelijkheid van modulatie van de excitatoire signalering, maar bevestigen niet een klinisch bruikbare NMDA-blokkerende werking bij mensen.

Verlaagt DSIP het cortisolniveau?

Niet op een voorspelbare manier op basis van het huidige bewijsmateriaal.

Kleinschalig menselijk onderzoek en stress-experimenten op dieren suggereren dat DSIP de regulatie van ACTH, cortisol of corticosteron kan beïnvloeden. Deze onderzoeken bevestigen DSIP echter niet als een betrouwbare methode om het cortisolniveau te verlagen [11–13].

Wat is de halfwaardetijd van het DSIP-peptide?

Er is geen gevalideerde plasmahalfwaardetijd van DSIP bij de mens vastgesteld.

De vaak geciteerde waarde van ongeveer 15 minuten is afkomstig van onderzoeken naar de proteolytische verwijdering van tryptofaan in hersenplakjes of -homogenaten, en niet van metingen van de farmacokinetische eliminatie van DSIP bij de mens [3].

Waarom kan de werking van DSIP langer duren dan de afbraaktijd ervan?

Een peptide kan verdere neuronale of hormonale processen in werking stellen die aanhouden nadat het oorspronkelijke molecuul is afgebroken of verwijderd.

Binding aan grotere moleculen, distributie naar weefsels, kruisreactiviteit van tests en de aanwezigheid van detecteerbare of biologisch actieve fragmenten kunnen eveneens verschillen veroorzaken tussen de gemeten DSIP-achtige immunoreactiviteit en de werkelijke concentratie van intact, vrij DSIP.

Wat is het molecuulgewicht van DSIP?

Het ongemodificeerde vrije peptide heeft een geschatte moleculaire massa van 848,8 g/mol en de molecuulformule C35H48N10O15 [14].

Zoutvormen, tegenionen, hydratatie, isotopische merking of fosforylering kunnen de molecuulformule of de gemeten massa veranderen.

Wat is het CAS-nummer van DSIP?

CAS-nummer 62568-57-4 wordt algemeen toegeschreven aan emideltide of vrij DSIP.

Kataloginformatie moet echter worden gecontroleerd op de exacte chemische vorm, aangezien het vrije peptide, acetaatvormen, gemodificeerde analoga en analytische standaarden niet automatisch equivalent zijn.

Wat is de aminozuurvolgorde van DSIP?

De DSIP-sequentie is Trp–Ala–Gly–Gly–Asp–Ala–Ser–Gly–Glu, afgekort als WAGGDASGE [1].

Dit is een nonapeptide met serine op positie 7.

Wat is fosfo-DSIP?

Fosfo-DSIP, P-DSIP of DSIP-P is een op Ser7 gefosforyleerde vorm van DSIP.

In geselecteerde in-vitro- en dierstudies zijn verschillen aangetoond tussen P-DSIP en natieve DSIP wat betreft degradatie, thermoregulatie, circadiaanse activiteit en slaapgerelateerde effecten [9,10,16–19].

Is P-DSIP beter dan natief DSIP?

Dit is niet bevestigd bij mensen.

P-DSIP toonde een grotere activiteit in één slaapexperiment bij ratten met centrale toediening, maar het effect varieerde afhankelijk van de dosis en het experimentele model [16]. Er ontbreken geschikte directe klinische studies bij mensen die een grotere werkzaamheid of veiligheid aantonen.

Is DSIP een endogeen hormoon?

DSIP-achtige immunoreactiviteit is geïdentificeerd in verschillende weeën en biologische vloeistoffen, maar de endogene precursor, de biosyntheseroute, de receptor en de biologische identiteit blijven onvolledig begrepen.

Het beschrijven van DSIP als een volledig gekarakteriseerd humaan hormoon zou dan ook verder gaan dan het beschikbare bewijs [2-4].

Disclaimer

De inhoud is uitsluitend bedoeld voor educatieve en wetenschappelijk-informatieve doeleinden. Deze vormt geen medisch advies, diagnose, behandelings- of doseringsrichtlijnen of een aanbeveling voor het gebruik van DSIP.

Delta-slaapinducerend peptide (DSIP, emideltide) en fosfo-DSIP zijn niet goedgekeurd door de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA), het Europees Geneesmiddelenbureau (EMA) of het Britse Medicines and Healthcare products Regulatory Agency (MHRA) voor de behandeling van slapeloosheid, het verlagen van het cortisolgehalte, de behandeling van stress of andere toepassingen die in dit artikel worden besproken.

De beschikbare gegevens zijn beperkt en zijn afkomstig van dierstudies, ex-vivo- en in-vitro-onderzoek, mechanistische onderzoeken en kleine, historische onderzoeken bij mensen. Het artikel bevat geen doserings-, reconstitutie-, injectie- of zelfgebruiksprotocol.

Referenties

[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). Europese Neurologie, 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. Peptiden, 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). Effecten van delta-slaap-inducerend peptide op pre- en postsynaptische glutamaat- en postsynaptische GABA-receptoren in neuronen van de cortex, hippocampus en cerebellum bij ratten. Bulletin van Experimentele Biologie en Geneeskunde, 142(4), 444–446. https://doi.org/10.1007/s10517-006-0323-9

[7] Oemrioekhin, P. E. (2002). Delta-slaap-inducerend peptide blokkeert excitatoire effecten van glutamaat op hersenneuronen van ratten. Bulletin van Experimentele Biologie en Geneeskunde, 134(1), 5–7. https://doi.org/10.1023/A:1020679815690

[8] Tsunashima, K., Kato, N., Masui, A., & Takahashi, K. (1994). Het effect van delta-slaap-inducerend peptide (DSIP) op de veranderingen in de lichaamstemperatuur (kern) teweeggebracht door serotonerge agonisten bij ratten. Peptiden, 15(1), 61–65. https://doi.org/10.1016/0196-9781(94)90171-6

[9] Tsunashima, K., Masui, A., & Kato, N. (1990). Het effect van delta-slaap-inducerend peptide (DSIP) en gefosforyleerd DSIP (P-DSIP) op de door apomorfine geïnduceerde hypothermie bij ratten. Hersenenonderzoek, 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 en circadiane motorische activiteit van ratten onder continu licht. Peptiden, 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). Verschillende effecten van delta-slaap-inducerend peptide op de secretie van arginine-vasopressine en ACTH bij gezonde mannen. Hormoononderzoek, 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-slaap-inducerende peptide-respons op menselijk corticotropine-releasing hormoon (CRH) bij een majeure depressieve stoornis: Vergelijking met CRH-geïnduceerde corticotropine- en cortisolsecretie. 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). Analyse van het mechanisme van de stressbeschermende werking van delta-slaapopwekkend 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-samenvatting van verbinding voor CID 68816, Delta-slaapinducerend 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). Het gefosforyleerde analoog van DSIP stimuleert de langzame golven-slaap en de paradoxale slaap bij niet-beperkte ratten. Psychofarmacologie, 97(1), 35–39. https://doi.org/10.1007/BF00443409

[17] Nakagaki, K., Ebihara, S., Usui, S., Honda, Y., & Takahashi, Y. (1988). Slaapbevorderend effect na intracerebroventriculaire injectie van een gefosforyleerd analoog van delta-slaapinducerend peptide (DSIP-P) bij ratten. 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). Degradatie en aggregatie van delta-slaapinducerend peptide (DSIP) en twee analogen in plasma en serum. Peptiden, 8(4), 599–603. https://doi.org/10.1016/0196-9781(87)90031-3

[19] Nakamura, A., & Shiomi, H. (1991). Fosforylering van delta sleep-inducing peptide (DSIP) door caseïnekinase II in vitro. Peptiden, 12(6), 1375–1377. https://doi.org/10.1016/0196-9781(91)90222-B