Melatonin has been shown to improve lipid metabolism and gut microbiota communities in animals and humans; however, it remains to know whether melatonin prevents obesity through gut microbiota. Here, we found that high-fat diet promoted the lipid accumulation and intestinal microbiota dysbiosis in mice, while oral melatonin supplementation alleviated the lipid accumulation and reversed gut microbiota dysbiosis, including the diversity of intestinal microbiota, relative abundances of Bacteroides and Alistipes, and functional profiling of microbial communities, such as energy metabolism, lipid metabolism, and carbohydrate metabolism. Interestingly, melatonin failed to alleviate the high-fat-induced lipid accumulation in antibiotic-treated mice; however, microbiota transplantation from melatonin-treated mice alleviated high-fat diet-induced lipid metabolic disorders. Notably, short-chain fatty acids were decreased in high-fat diet-fed mice, while melatonin treatment improved the production of acetic acid. Correlation analysis found a marked correlation between production of acetic acid and relative abundances of Bacteroides and Alistipes. Importantly, sodium acetate treatment also alleviated high-fat diet-induced lipid metabolic disorders. Taken together, our results suggest that melatonin improves lipid metabolism in high-fat diet-fed mice, and the potential mechanisms may be associated with reprogramming gut microbiota, especially, Bacteroides and Alistipes-mediated acetic acid production. Future studies are needed for patients with metabolic syndrome to fully understand melatonin's effects on body weight and lipid profiles and the potential mechanism of gut microbiota.

Abstract Microbial metabolites have emerged as critical components that mediate the metabolic effects of the gut microbiota. Here, we show that indole-3-propionic acid (IPA), a tryptophan metabolite produced by gut bacteria, is a potent anti-non-alcoholic steatohepatitis (NASH) microbial metabolite. Here, we demonstrate that administration of IPA modulates the microbiota composition in the gut and inhibits microbial dysbiosis in rats fed a high-fat diet. IPA induces the expression of tight junction proteins, such as ZO-1 and Occludin, and maintains intestinal epithelium homeostasis, leading to a reduction in plasma endotoxin levels. Interestingly, IPA inhibits NF-κB signaling and reduces the levels of proinflammatory cytokines, such as TNFα, IL-1β, and IL-6, in response to endotoxin in macrophages to repress hepatic inflammation and liver injury. Moreover, IPA is sufficient to inhibit the expression of fibrogenic and collagen genes and attenuate diet-induced NASH phenotypes. The beneficial effects of IPA on the liver are likely mediated through inhibiting the production of endotoxin in the gut. These findings suggest a protective role of IPA in the control of metabolism and uncover the gut microbiome and liver cross-talk in regulating the intestinal microenvironment and liver pathology via a novel dietary nutrient metabolite. IPA may provide a new therapeutic strategy for treating NASH.

Abstract Immune and nervous system sensing are two important ways of detecting inner and outer environmental changes. Immune cell activation in the gut can promote metabolic disorders. However, whether enteric nervous system sensing and activities are also important in metabolic syndromes is not clear. Enteric glial cells (EGCs) are thought to have sensing ability, but little is known about the potential connections between EGC and metabolic disorders. Consuming a modern Western-type high-fat low-fiber diet increases the risk of obesity. Here, we reported that dietary shift from a normal chow diet to a high-fat diet in wild-type (WT) C57BL/6 mice induced a transient emergence of glial fibrillary acidic protein (GFAP)-positive EGC network in the ileal lamina propria, accompanied by an increase of glial-derived neurotrophic factors production. Inhibition of EGC metabolic activity via gliotoxin fluorocitrate or glial-intrinsic deletion of myeloid differentiation factor 88 ( Myd88 ) in mice blocked this dietary change-induced activity. Furthermore, we found a different role of MYD88 in glial cells versus adipocyte in diet-induced obesity. The glial Myd88 knockout mice gained less body weight after HFD feeding compared to the littermate controls. In contrast, adipocyte deletion of Myd88 in mice had no impact on the weight gain but had exacerbated glucose metabolic disorders. Pharmacological interventions of glial activities by fluorocitrate prevented body weight gain in a dietary type- and glial MYD88-independent manner. Collectively, our data reveal a previously unappreciated function of EGC in sensing a dietary shift-induced perturbation and glial activities as a whole may play roles in diet-induced obesity. New & Noteworthy It is known that obesity and its related metabolic syndrome can damage the neuronal system. However, whether the neuronal system also participates in the development of obesity is unclear. Diet is an important contributing factor to obesity. Our study reveals that consuming a high-fat diet can induce a transient enteric glial cell response via its intrinsic sensing molecule(s). Inhibiting overall glial cell activities may have an impact on the development of the metabolic syndrome.

In modern breeding practices, genomic prediction (GP) uses high-density single nucleotide polymorphisms (SNPs) markers to predict genomic estimated breeding values (GEBVs) for crucial phenotypes, thereby speeding up selection breeding process and shortening generation intervals. However, due to the characteristic of genotype data typically having far fewer sample numbers than SNPs markers, overfitting commonly arise during model training. To address this, the present study builds upon the Least Squares Twin Support Vector Regression (LSTSVR) model by incorporating a Lasso regularization term named ILSTSVR. Because of the complexity of parameter tuning for different datasets, subtraction average based optimizer (SABO) is further introduced to optimize ILSTSVR, and then obtain the GP model named SABO-ILSTSVR. Experiments conducted on four different crop datasets demonstrate that SABO-ILSTSVR outperforms or is equivalent in efficiency to widely-used genomic prediction methods. Source codes and data are available at: https://github.com/MLBreeding/SABO-ILSTSVR .

Abstract Current evidence to support extensive use of probiotics in inflammatory bowel disease is limited and factors contribute to the inconsistent effectiveness of clinical probiotic therapy are not completely known. Here, as a proof-of-concept, we utilized Bifidobacterium longum JDM 301, a widely used commercial probiotic strain in China, to study potential factors that may influence the beneficial effect of probiotics in experimental colitis. We found that the probiotic therapeutic effect was varied across individual mouse even with the same genetic background and consuming the same type of food. The different probiotic efficacy was highly correlated with different microbiome features in each mouse. Consumption of a diet rich in fat can change the host sensitivity to mucosal injury-induced colitis but did not change the host responsiveness to probiotic therapy. Finally, the host genetic factor TLR2 was required for a therapeutic effect of B. longum JDM 301. Together, our results suggest that personalized microbiome and genetic features may modify the probiotic therapeutic effect.

Exosomes are small endosome-derived extracellular vesicles that participate in cell–cell communication, particularly in the context of tumorigenesis, and their secretion is influenced by the tumor microenvironment. While previous studies suggest that mechanical forces may enhance exosome release, the direct relationship between these forces and exosome secretion needs to be further characterized. Here, we utilized dual-color CD63 reporter-based high-speed live-cell imaging to visualize how mechanical forces influence exosome release in situ. Through live-cell tracking, we observed the dynamic fusion of multivesicular bodies (MVBs) with the plasma membrane (PM) to release exosomes at the single-vesicle level. More importantly, we directly detected a real-time stimulatory effect of mechanical forces on exosome release, with a bulk release of exosomes occurring under mechanical pressure stimulation. Furthermore, we identified mechanical force-induced actin rearrangement as a crucial determinant of exosome release. Our findings provide direct insights into the role of mechanical forces in exosome release and lay the groundwork for developing potential strategies to target disease-derived exosomes from their source.