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.

The objective of this experiment was to investigate oxidative injury and the development of an antioxidant system after early weaning in piglets. A total of 40 piglets (Landrace× Large White, weaned at 14 d after birth) were randomly slaughtered 0 (w0d), 1 (w1d), 3 (w3d), 5 (w5d), or 7 d (w7d; n = 8) after weaning. Concentrations of malondialdehyde (MDA), 8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG), and protein carbonyl and the activities of superoxide dismutase (SOD), glutathione peroxidase (GSH-Px), and catalase were measured in plasma. Gene expressions of antioxidant enzymes were determined by quantitative reverse transcription PCR analysis. The mediation of transcription factor 65 (p65) and the nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) signaling pathways by oxidative stress was determined by Western blot analysis. Results showed that the plasma MDA level was significantly higher at 3 d (P < 0.05) and that the protein carbonyl level increased at 1, 3, and 5 d (P < 0.05) compared with w0d. In addition, early weaning suppressed the plasma activity of SOD at 1 d (P < 0.05) and reduced the GSH-Px activity at 3 d (P < 0.05). The expression results in the jejunum indicate that the genes related to antioxidant enzymes were downregulated (P < 0.05) at 3 and 5 d after weaning. Uncoupling protein 2 (Ucp2), which is considered to be a feedback regulation on reactive oxygen species generation, tended to decrease in the ileum (P < 0.05) after weaning. Tumor protein 53 (p53), which regulates reactive oxygen species generation, was enhanced (P < 0.05) in the jejunum after weaning. Meanwhile, early weaning suppressed p65 (at 3, 5, and 7 d; P < 0.05) and Nrf2 (at 5 and 7 d; P < 0.05) signals in the jejunum, which might feedback-regulate antioxidant gene expression and promote the development of the antioxidant system. Therefore, we speculate that weaning disrupted oxidative balance and caused oxidative injury in piglets, and this imbalance can recover with the development of an antioxidant system via feedback regulation.

Melatonin, a circadian hormone, has been reported to improve host lipid metabolism by reprogramming gut microbiota, which also exhibits rhythmicity in a light/dark cycle. However, the effect of admistartion of exogenous melatonin on the diurnal variation in gut microbiota in high fat diet (HFD)-fed mice is obscure. Here, we further confirmed the anti-obesogenic effect of melatonin on in mice feed with HFD for two weeks. Samples were collected every 4 h within a 24-h period and diurnal rhythms of clock genes expression (Clock, Cry1, Cry2, Per1, and Per2) and serum lipid indexes varied with diurnal time. Notably, Clock and triglycerides (TG) showed a marked rhythm only in the control and melatonin treated mice, but not in the HFD-fed mice. Rhythmicity of these parameters were similar between control and melatonin treated HFD mice compared with the HFD group, indicating an improvement of melatonin in the diurnal clock of host metabolism in HFD-fed mice. 16S rDNA sequencing showed that most microbiota exhibited a daily rhythmicity and the trends differentiated at different groups and different time points. We also identified several specific microbiota correlating with the circadian clock genes and serum lipid indexes, which might contribute the potential mechanism of melatonin in HFD-fed mice. Administration of exogenous melatonin only at daytime exhibited higher resistance to HFD-induced lipid dysmetabolism than nighttime treatment companying with altered gut microbiota (Lactobacillus, Intestinimonas, and Oscillibacter). Importantly, the responses of microbiota transplanted mice to HFD feeding also varied at different transplanting times (8:00 and 16:00) and different microbiota donors.

The prevalence of food allergies is increasing dramatically and causing serious public health concerns. Notably, melatonin metabolism imbalance in patients with food allergies; however, the role of melatonin in food allergies remains unclear. Here, we demonstrated that melatonin suppresses food allergy responses and reprograms the gut microbiota of food-allergic mice, while melatonin aggravates food allergy during gut microbiota depletion. Mechanistically, melatonin boosts the degranulation of mast cells by up-regulating the expression of membrane high-affinity immunoglobulin E (IgE) receptor (FcεRI). Melatonin increases the mRNA expression of Rabenosyn-5 (a component of factors for endosome recycling and Rab interactions) through melatonin receptor 2 (MT2)–extracellular signal-regulated kinase (ERK) signaling, thereby driving the recycling of FcεRI and elevating the abundance of membrane FcεRI. Likewise, the inhibition of MT2 attenuates melatonin-induced food allergy in mice with gut microbiota depletion. Collectively, our finding provides insights into the pathogenesis of food allergies and provides a potential therapeutic target for the prevention and treatment of food allergies.