细胞异质性（cell heterogeneity）是多细胞生物的普遍特征。在生理条件下,细胞异质性有助于细胞实现特定的功能。自受精卵开始,细胞的基因表达就受到各种因素的调控,开始向各功能方向分化,最终形成承担特定功能的细胞类型,比如负责运送氧气的红细胞、负责运动的肌细胞以及构成获得性免疫系统的T细胞和B细胞等。不同类型细胞的基因组基本一致,但是却拥有不同基因表达模式,形成不同的结构,从而能够更专业地发挥特定功能。伴随着高通量测序技术的发展,单个细胞水平下测量基因表达的方法,从最初的q PCR、原位杂交和免疫组织化学染色等传统技术发展到单细胞转录组测序（single cell RNA sequencing,sc RNA-seq）。sc RNA-seq是一项能够在单个细胞水平下无偏倚地对m RNA进行高通量测序,从而揭示单个细胞内全部基因表达信息的技术。近10年来sc RNA-seq蓬勃发展,尤其是10X Genomics平台的大规模商用,使得利用单细胞技术开展研究的门槛进一步降低。大量应用单细胞技术的研究开始出现,公共数据库中因此积累了相当数量的各种组织类型的单细胞数据集。通过新的整合分析方法结合新的研究思路,重新利用这些宝贵的公共数据资源,进一步解析组织异质性,挖掘新的生物知识,能够为相关疾病的诊断、治疗提供重要的依据和线索。本文中,作者利用公共数据库中的单细胞转录组测序数据,通过整合分析方法,开展了以下研究工作:第一部分,肝癌微环境异质性研究。世界范围内,肝癌是第二大致死肿瘤,主要包括肝细胞癌和肝内胆管癌。研究表明,肝癌对常规治疗不响应以及肝癌患者的高死亡率与肝癌微环境的异质性高度相关。因此,解析肝癌细胞图谱和分子组成有利于进一步理解肝癌生物学过程和从而开发新的治疗策略。我们通过整合分析公共数据库中19例原发性肝癌和5例正常肝组织单细胞转录组测序数据,从单细胞水平系统地比较肿瘤和正常组织间转录组差异,鉴定出肝癌特异性扩增的成纤维细胞亚群,并且进一步通过差异基因分析、功能富集分析以及免疫组化染色验证等手段描述了它们的基因表达模式和空间分布特征。本研究鉴定出肝癌组织中存在一类高表达SPARCL1的成纤维细胞亚群。这类细胞亚群具有潜在的保护血管免受肿瘤细胞侵袭的作用,且与肝癌患者良性预后显著相关。最后,我们通过拟时序分析和构建体外转化模型探索了这类细胞亚群的起源。我们的研究从单细胞分辨水平上,为肝癌中特异性扩增的成纤维细胞研究提供了新的线索。第二部分,胃组织新冠易感性研究。新型冠状病毒肺炎（Coronavirus disease2019,COVID-19）疫情目前已蔓延至全球200多个国家和地区,防控形势严峻。新冠病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2）主要通过结合机体细胞表面表达的新冠受体蛋白（ACE2）感染细胞。近期多项研究显示20-50%的新冠病人首发或继发胃肠道症状,提示新冠病毒可能存在粪口传播。胃作为上消化道主要器官,对新冠病毒的易感性目前仍缺乏相关研究。为揭示胃组织不同细胞类型的新冠易感性,我们整合了公共数据库中12例胃单细胞测序数据,鉴定出共计12个细胞亚群。数据显示胃组织中存在一类特殊的肠型上皮细胞,这类细胞高表达ACE2。进一步研究发现胃中的肠型上皮细胞主要来源于胃的肠上皮化生样本。通过计算肠化生指数,发现该指数与ACE2表达显著正相关。由于幽门螺杆菌（H.pylori）感染是肠化生的重要危险因素,所以推测幽门螺杆菌感染和肠化生可能是胃组织感染新冠重要的易感因素。接着,我们通过分析420例新冠患者的临床及实验室检查数据,发现上消化道症状病人相比下消化症状病人幽门螺杆菌的感染比例更高,并且发现应用胃黏膜保护剂后能显著降低后续腹泻症状的发生。本研究系统解析了新冠病毒受体在胃组织细胞中的表达分布,揭示了胃组织新冠病毒易感因素和新冠患者非腹泻型消化道症状的发生机制,为进一步指导COVID-19的预防和治疗提供了重要的生物学基础。