O câncer representa uma das principais causas de mortalidade no mundo, e os sarcomas se destacam por sua agressividade e baixa resposta terapêutica. A quimioterapia com agentes como o 5-fluorouracil (5-FU) é amplamente utilizada, mas sua eficácia sofre limitações devido a efeitos adversos e resistência tumoral. Nesse cenário, diversos estudos investigam estratégias adjuvantes que aumentem a sensibilidade tumoral ao tratamento. Pesquisadores demonstraram que o jejum de curto prazo sensibiliza células cancerígenas à quimioterapia. A melatonina, um hormônio endógeno com efeitos terapêuticos, exerce múltiplas atividades antitumorais e reduz a viabilidade de diversas linhagens celulares tumorais. Além disso, apresenta propriedades antioxidantes, hepatoprotetoras, trombopoéticas e reguladoras do ritmo circadiano. Neste estudo, avaliamos se a melatonina associada ao jejum de curto prazo potencializa o efeito da quimioterapia com 5-FU em modelo animal de sarcoma 180, com ênfase na inibição tumoral e no estresse oxidativo. Conduzimos o experimento em camundongos Swiss, machos, durante 11 dias. Administramos o 5- FU na dose de 20 mg/kg, por via intraperitoneal, a cada 72 horas. Submetemos alguns animais a jejum de 48 horas, com acesso exclusivo à água. Distribuímos os animais em cinco grupos experimentais e realizamos administração diária de solução salina ou melatonina (40 mg/kg/dia), por gavagem. No 12º dia, realizamos a eutanásia, removemos os tumores e coletamos sangue por punção cardíaca para analisar marcadores de atividade antitumoral, estresse oxidativo, ação antioxidante, perfil lipídico, função hepática e expressão gênica. Utilizamos o software GraphPad Prism para a análise estatística. O Comitê de Ética no Uso de Animais da UFPI aprovou todos os procedimentos (protocolo nº 744/2022). Os resultados mostraram que tanto o jejum de curto prazo (STS) quanto a melatonina, isoladamente ou combinados, potencializaram os efeitos antitumorais do 5-FU em modelo murino de sarcoma. Verificamos redução significativa (p < 0,05) no volume tumoral, melhora nos parâmetros hematológicos (aumento de hemoglobina, hematócrito, hemácias e plaquetas) e diminuição dos marcadores de estresse oxidativo (MDA e GSH), principalmente nos grupos tratados com melatonina (5M) e com a combinação jejum + melatonina (5JM). Os dados de expressão gênica revelaram que os tratamentos adjuvantes induziram regulação pró-apoptótica, com aumento da expressão de Bax e redução de Bcl-2 e Bad. Também identificamos inibição de vias de sobrevivência celular e autofagia, evidenciada pela diminuição da expressão de Akt, Chek2 e Atg3. A baixa expressão de p53 e das caspases 3, 7 e 9 sugere ativação de uma via apoptótica alternativa, possivelmente independente da via p53-dependente. Esses achados indicam que a combinação de jejum e melatonina pode oferecer uma estratégia terapêutica adjuvante eficaz, aumentando a sensibilidade tumoral à quimioterapia e reduzindo seus efeitos colaterais.