The Microbiota-Dependent Worsening Effects of Melatonin on Gut Inflammation

Abstract

Dysbiosis and disturbances in gut homeostasis may result in dysregulated responses, which are common in inflammatory bowel diseases (IBD). These conditions may be refractory to the usual treatments and novel therapies are still necessary to reach a more successful regulation of intestinal immunity. The hormone melatonin (MLT) has been raised as a therapeutic alternative because of its known interactions with immune responses and gut microbiota. Hence, we evaluated the effects of MLT in experimental colitis that evolves with intestinal dysbiosis, inflammation and bacterial translocation. C57BL/6 mice were exposed to dextran sulfate sodium and treated with MLT. In acute colitis, the hormone led to increased clinical, systemic and intestinal inflammatory parameters. During remission, continued MLT administration delayed recovery, increased TNF, memory effector lymphocytes and diminished spleen regulatory cells. MLT treatment reduced Bacteroidetes and augmented Actinobacteria and Verrucomicrobia phyla in mice feces. Microbiota depletion resulted in a remarkable reversion of the colitis phenotype after MLT administration, including a counter-regulatory immune response, reduction in TNF and colon macrophages. There was a decrease in Actinobacteria, Firmicutes and, most strikingly, Verrucomicrobia phylum in recovering mice. Finally, these results pointed to a gut-microbiota-dependent effect of MLT in the potentiation of intestinal inflammation.

The double burden of malnutrition and environmental enteric dysfunction as potential factors affecting gut-derived melatonin in children under adverse environments

“…Melatonin supplementation to mice challenged by a colitis model led to increased intestinal inflammation and permeability with augmented tissue levels of TNF and circulating mononuclear cells and neutrophils. The pro-inflammatory effect of melatonin was associated with reduced Bacteroidetes and abundance in the Actinobacteria and Verrucomicrobia phyla, and when the dysbiosis was corrected, this effect was not observed ( 37 ).…”

Melatonin as a promising factor in correction of the intestinal microbiome in inflammatory bowel diseases

“…Эти бактериальные токсины могут изменять проницаемость гематоэнцефалического барьера или повышают проницаемость стенки кишечника. Присутствие LPS из Bacteroides fragilis в сыворотке крови вносит вклад в воспаление при ВЗК [da Silva et al, 2023]. Недостатками препаратов первой линии терапии при ВЗК, включая производные 5-аминосалициловой кислоты, глюкокортикостероиды, иммуносупрессоры, генно-инженерные биологические препараты, являются побочные эффекты, в том числе системная иммуносупрессия, индивидуальная непереносимость, рефрактерность более чем у 30% пациентов [Kim et al, 2022].…”

“…Среди биологически активных веществ может быть использован мелатонин (МТ), обладающий плейотропными свойствами. Его действие связано с регуляцией циркадных ритмов, предотвращением окислительного стресса, а также с уменьшением воспалительной инфильтрации тканей [Ma et al, 2020;da Silva et al, 2023]. Секреция МТ в желудочно-кишечном тракте, на которую может влиять циркадный ритм, связана с потреблением пищи.…”

“…Некоторые исследования на животных показали, что лишение сна и нарушение циркадного ритма усиливают воспаление в толстой кишке у мышей, вызванное декстраном сульфата натрия (DSS) или 2,4,6-тринитробензолсульфоновой кислотой (TNBS), в то время как МТ значительно ослабляет проявление колита [Liu et al, 2017]. МТ изучается как средство для лечения ВЗК в исследованиях на животных и клинических условиях, при этом роль МТ в регуляции воспалительного процесса и микробиома при ВЗК не до конца изучены [da Silva et al, 2023].…”