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肿瘤干细胞是具有潜在启动肿瘤形成能力、耐药能力和转移能力的亚群细胞，被认为是肿瘤发生、肿瘤耐药、治疗复发以及转移的重要原因。基于分子标志进行分选是目前获取肿瘤干细胞的重要方法。因此，对肿瘤干细胞分子标志的特性研究一直是该领域的重要热点。本研究以广泛应用的肿瘤干细胞分子标志CD133为对象，研究其在结肠癌细胞株中的表达模式、与细胞亚群的肿瘤生物特性的相关性以及可能的调控因素。
采用流式细胞术检测八株人结肠癌细胞HT29、SW1116、WiDr、HCT116、HCT15、LoVo、SW480和SW620的CD133表达水平，结果显示不同细胞株含CD133+细胞的比例从低于0.1％到高于95％，有很大差异。具体为：LoVo的CD133+细胞比例低于0.1％，HCT15的CD133+细胞约占1％，SW480和SW1116的CD133+细胞低于10％，HT29和SW620的CD133+细胞在20％-90％之间，HCT116和WiDr的CD133+细胞在95％以上。其中，七株细胞的CD133表达呈现单峰型荧光分布，仅SW620细胞呈现双峰型荧光分布，且CD133+和CD133-细胞亚群比例相对稳定在40％：60％，表明SW620细胞存在比例接近的CD133+和CD133-两个细胞亚群。
采用磁珠分选系统分选SW620细胞获得CD133+和CD133-两个细胞亚群、并分别培养挑取单克降获得CD133+和CD133-单克隆细胞。在此基础上进行肿瘤生物学性质比较研究。结果显示，CD133+细胞和CD133-细胞的基因表达谱有显著差异。CD133+细胞的多种基因表达水平明显降低；CD133+细胞具有更强的集落形成能力和裸小鼠体内成瘤能力，还对氟尿嘧啶表现出2.5倍以上的耐药能力。这些结果表明SW620细胞的CD133表达与其某些细胞生理功能有相关性，提示CD133表达和调控机制也很可能与这些生理功能的调控相关。
我们进一步考察了SW620细胞CD133表达的稳定性。结果显示，分选的SW620 CD133+细胞亚群在连续两周体外培养过程中，约20％的细胞会自发性地丢失其CD133，而分选的SW620 CD133-细胞亚群在连续四周体外培养过程中约10％的细胞自发性获得CD133，此后这种表型可维持五个月以上；单个CD133+细胞和CD133-细胞扩增后也表现出与相应分选亚群一致的CD133表达水平。CD133+和CD133-亚群细胞在裸小鼠体内成瘤后，经过连续五次体内传代，其CD133+及CD133-细胞比例均发生明显变化，分别表现为CD133的丢失和获得。该结果提示CD133分子在SW620细胞不同业群的表达在一定条件下是不稳定的；而且细胞CD133的丢失与获得并不伴随细胞分化水平的明显变化，表明细胞CD133的丢失与获得独立于细胞的分化状态。
体外培养时CD133表型在短期内发生改变后即可长期稳定维持，提示CD133表达可能受表观调控机制影响。因此我们分别用DNA甲基转移酶抑制剂5-杂氮胞苷、组蛋白去乙酰化酶抑制剂曲古菌素A和组蛋白甲基转移酶G9a抑制剂BIX01294处理SW620细胞，结果显示5-杂氮胞苷和BIX01294可分别增加和减少约20％的CD133+细胞比例，而曲古菌素A并不改变CD133水平。该结果表明DNA甲基化修饰可能抑制CD133表达、组蛋白甲基化修饰可能促进CD133表达，而组蛋白乙酰化则不影响CD133表达。
本研究通过对SW620细胞CD133+和CD133-亚群的系统比较，发现两亚群具有显著的肿瘤生物学性质差异。更重要的是，我们的结果首次阐明了CD133+-细胞和CD133-细胞在一定条件下可以相互转化，并可能受表观遗传机制调控。这一发现对肿瘤干细胞的分选、鉴定、以及基于肿瘤干细胞的肿瘤生物学和治疗学研究具有重要意义。