乳腺癌具有高度的瘤间和瘤内异质性,对临床诊断分型和治疗效果评估提出巨大挑战。单细胞转录组测序技术的应用,为研究乳腺癌的肿瘤异质性,耐药发生机制,免疫微环境可塑性以及提出新的临床治疗方案提供了可能。然而目前应用单细胞转录组技术对乳腺癌相关的研究主要集中在肿瘤免疫微环境以及基因表达异质性,对于乳腺癌的亚克隆肿瘤进化模式与异质性等研究仍不全面深入。本研究旨在通过单细胞转录组测序数据揭示乳腺癌的亚克隆进化方式、变异位点以及表达模式异质性,从而为乳腺肿瘤发生机制和演化规律提供数据分析和理论支持。主要研究结果如下:研究首先基于GEO数据库中一项原发性、多亚型的乳腺癌单细胞转录组测序数据集,构建单细胞转录组细胞图谱,基于单细胞转录组表达谱进行拷贝数（Copy number variation,CNV）推测,并结合全外显子测序数据集的CNV检测结果进行验证,随后基于CNV模式进行亚克隆定义与亚克隆进化轨迹构建。研究接着构建单细胞转录组与外显子测序数据集的单核苷酸变异（Single-nucleotide variant,SNV）位点检测流程,分析肿瘤患者及其肿瘤亚克隆的SNV位点景观与突变特征。发现线粒体突变如MT-RNR2等可能是早期突变事件,可作为区分肿瘤细胞与正常细胞的潜在标志物;而突变特征AID/APOBEC家族的胞嘧啶脱氨酶活化可能与乳腺癌的发生有关。另外基于SNV位点进行亚克隆定义与构建亚克隆进化轨迹,发现其与基于CNV模式的分类结果之间具有较低的一致性（ARI=0.36）。研究随后将肿瘤亚克隆的基因表达、通路富集以及转录调控模式与亚克隆分类结果进行关联分析,发现亚克隆的表达模式主要与基于CNV而非SNV的亚克隆分类结果基本对应。而转录调控分析结果表明乳腺癌的发生、发展可能与TFAP2C、RBBP5、RAD21和SOX4等转录因子活性上调有关。一致性聚类以及基因富集分析表明,乳腺癌在发生、发展过程可能形成与肿瘤迁移或转移、增殖分裂以及肿瘤免疫互作有关,具有功能异质性的肿瘤亚簇。在肿瘤免疫微环境的细胞-细胞互作分析中,研究发现肿瘤免疫互作类亚簇与免疫细胞之间具有较强的互作关系,并主要通过ACKR2-CCL4和ACKR2-CCL5相关受配体对与巨噬细胞和T淋巴细胞等发生作用。而巨噬细胞主要通过SPP1-CD44和SPP1-PTGER4等配体-受体对参与对其他细胞的相互作用。此外,本研究使用TCGA乳腺癌患者基因组与转录组等多组学数据集对研究结果进行验证,其中TTN、TP5、PIK3CA、HMCN1以及MUC16基因突变与TCGA中乳腺癌患者高频Top10突变相符,而本研究筛选到的大部分关键转录因子如TFAP2C、RBBP5、SOX4以及RAD21等以及差异基因如ASCL1,DLK1和EN2等在TCGA的肿瘤样本中显著活化或上调表达,表明研究结果与乳腺癌群体样本的分析结果具有较高一致性。总之,本研究利用公共的单细胞转录组和TCGA多组学数据集,采用多种生物信息分析方法揭示了乳腺癌肿瘤亚克隆进化、变异位点景观以及表达模式异质性,对了解乳腺肿瘤产生和演化规律具有重要意义,本论文的研究结果将为评估乳腺癌肿瘤患者中所携带不同亚克隆的类型及丰度,进而对开发更加精准的治疗方案提供新颖见解。