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高通量转录组学技术能够在单核苷酸水平对细胞或组织的整体转录活动进行检测，从而全面快速地获得该细胞或组织在某一状态下的几乎所有转录物信息。由于RNA-seq可以得到全部RNA转录物的丰度信息，加之准确度高，使得它具有十分广泛的应用领域。
以下举例介绍高通量转录组分析在分子病理学研究中的应用。
三阴型乳腺癌（triple-negative breast cancer，TNBC）缺失雌激素受体（estrogen receptor，ER）、孕激素受体（progesterone receptor，PR）和 HER2 基因表达，在乳腺癌中占10%~20%比例。化疗是主要的治疗方法，但与其他类型乳腺癌相比TNBC具有远处转移、易复发和预后效果差的特点。Jiang等以高通量测序研究了RNA信号作为“探索危险分层（risk stratification）和优化选择辅助疗法”指标的可行性。大体步骤如下：①严格按临床诊断筛选标准收集了275名TNBC的病理标本，切片分析确认标本中肿瘤细胞占80%以上；②在以上标本中分别分离提纯了275个癌旁肿瘤标本、33个肿瘤周边正常组织标本以及88个穿刺活检标本的总RNA；③以Affymetrix人类全转录组芯片（Human Transcriptome Array 2.0，HTA 2.0）对165个TNBC标本和33个肿瘤周边正常组织标本进行了基因芯片分析，数据分析后用RT-qPCR验证了筛选的RNA在275个病理样本中的表达；④根据数据分析筛选有3种mRNA和2种lncRNA，应用TNBN细胞系（MDAMB-231，BT549和Hs578T）和293T细胞在体外分析了以上筛选的RNA对细胞增殖、侵袭以及紫杉醇耐药性的影响。结果显示：①跟癌旁正常组织比较发现TNBC组中有188种mRNA和195种lncRNA差异表达，比较mRNA和lncRNA之间生物学分析和参考患者无复发生存（relapse free survive，RFS）数据，筛选了3种mRNA（ FCGR1A 和 RSAD2 高表达， CHRDL1 低表达）和2种高表达的lncRNA（ HIF1A-AS2 和 AK124454 ）；②在357名患者中，筛选的mRNA和lncRNA表达符合转录组检测结果，发现此mRNA和lncRNA信息有诊断和预后评估意义；③ HIF1A-AS2 和 AK124454 促进TNBN细胞系增殖和侵袭，与紫杉醇耐药性有关。以上研究探索了以TNBN患者mRNA和lncRNA表达为检测指标，预测治疗后复发的概率和紫杉类药物化疗效果的可行性，为今后更有效地个体化治疗TNBC患者提供了重要的临床试验数据。
结节性硬化综合征（tuberous sclerosis complex，TSC）是一种由 TSC1 或 TSC2 基因突变引起的多系统遗传疾病，包括大脑在内的人体多个脏器形成肿瘤。在中枢神经系统，TSC与大脑皮层下皮质结节、室管膜下结节和室管膜下巨细胞型星形细胞瘤（subependymal giant cell astrocytoma，SGCA）的形成有关。 TSC1 或 TSC2 突变引起的哺乳类动物雷帕霉素靶蛋白复合物1（mammalian target of rapamycin complex1，mTORC1）信号通路持续激活是TSC有关的SGCA形成的主要原因之一。除 TSC1 或 TSC2 突变外，可能还有潜在的其他基因变化与SGCA的生长和进程有关。Bongaarts等对SGCA mRNA进行了mRNA和miRNA高通量转录组分析。大体步骤如下：①收集符合临床诊断标准的19个SGCA临床标本用于RNA-seq，另收集无TSC疾病的13个正常大脑活检组织，其中选8个标本作为RNA-seq对照；②应用miRNeasy Mini kit提取miRNA在内的总RNA，分别用Illumina RNA-seq和TruSeq Small RNA-seq sample preparation Kit建立mRNA和miRNA测序文库；③分别应用Illumina cBot和HiSeq 2500进行高通量RNA-seq以及数据分析，预测分析miRNA-mRNA作用；④RT-qPCR验证测序结果的准确性，培养星形胶质细胞和SGCA细胞，应用组织免疫化学和蛋白印迹等技术进行验证实验。结果显示：①与无TSC的对照组相比，在SGCA组有9 400个mRNA，其中4 621个上调，4 779个下调，检测到的小分子RNA中miRNA占67.1%，有94个miRNA存在差异表达，45个高表达49个低表达；②转录组表达谱中SGCA组富集MAPK信号通路相关的RNA，ERK蛋白处于活化状态，与细胞增殖有关；③根据miRNA靶基因分析发现，富集的92个信号通路中81信号通路与45个miRNA相关，其中筛选RT-qPCR验证miRNA-20a-5p、miRNA-34a-5p、miRNA-130b-3p和miRNA-181a-5p符合测序结果；④与对照组相比，在SGCA组高表达 LAMTOR1、LAMTOR2、LAMTOR3、LAMTOR4 和 LAMTOR5 ，其中 LAMTOR2 和 LAMTOR5 是miRNA-20a-5p的靶基因；⑤ LAMTOR5 在SGCA中形成调控复合物激活mTORC1和MAPK/ERK信号通路。以上研究结果表明MAPK/ERK可作为治疗靶点或结合mTORC1抑制剂用于TSC疾病的治疗。
异质性是肿瘤的普遍特性。在肝细胞癌的研究中发现，肿瘤的耐药、复发以及转移均与肿瘤的异质性密切相关，而且已经深入到肿瘤干细胞（cancer stem cells，CSCs）异质性的层面。根据不同的细胞表面标志物可以分类不同的CSCs，这些CSCs具有不同的致瘤性，这就给分子靶向的肝细胞癌治疗带来了难题。以肿瘤组织或细胞群为整体进行的高通量基因组和转录组的研究已经不能给出肿瘤中异质细胞之间相互作用以及交流等信息。Zheng等应用scRNA-seq技术以肝癌细胞系HuH1和HuH7以及临床肝癌组织细胞为目的细胞，研究了肝肿瘤中CSCs的异质性及细胞间的关系。大体步骤如下：①细胞免疫荧光和流式细胞术以CD13、CD24、CD44、CD90、CD133和EpCAM等抗体确认HuH1和HuH7肝癌细胞系中存在不同种类CSCs亚群；②分别将HuH1和HuH7细胞系和患者肝癌组织酶消化分离为单细胞，以CD24、CD133和EpCAM为特异性高的抗体流式分选CSCs亚群，以Smart-seq技术分析单细胞转录组；③上述未分选的肝癌细胞以10X Genomics平台scRNA-seq分析单细胞转录组；④进行数据分析。结果显示：应用单细胞转录组分析技术能够高灵敏地探测到不同CSCs的生物分子信号，证实在肝癌细胞系和肝癌组织中确实存在CSCs异质性，不同基因在CSCs亚群中表达与肝癌的预后相关，这些结果提示不同的肝癌CSCs基因表达影响肝癌异质性和肿瘤的进展。
肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophages，TAMs）是浸润在肿瘤组织中的巨噬细胞，是肿瘤微环境中最多的免疫细胞，其具有异质性被认为是促进肿瘤生长和迁移的帮凶，是肿瘤免疫治疗的靶点。胶质瘤中大量存在的TAMs，按其来源包含两个亚群：第一种为来源于大脑的小神经胶质细胞；第二种为骨髓来源的巨噬细胞（bone marrow-derived macrophages，BMDMs）。由于缺乏特定的标志物来分开这两种细胞亚群，尚不清楚BMDMs在多大程度上浸润未经治疗的人类胶质瘤以及是否会转变为脑内小神经胶质细胞的表型。为此Müller等分别应用Fluidigm C1平台scRNA-seq技术（3例原发性胶质母细胞瘤和1例原发性Ⅲ级少突胶质细胞瘤）和10X genomics平台的scRNA-seq技术（2例原发性胶质母细胞瘤和1例原发性Ⅱ级星形细胞瘤）进行了TAMs单细胞转录组分析。大体步骤如下：①首先用木瓜蛋白酶（papain）进行消化分离新鲜手术切除的胶质瘤肿瘤组织，制备单细胞悬液；②部分利用CD11b微珠分选出CD11b + 细胞，应用流式细胞术验证细胞纯度，分为未分选的全肿瘤单细胞悬液和CD11b + 单细胞悬液；③进行scRNA-seq分析，对数据进行基因表达聚类和外显子测序（exome sequencing，exome-seq）数据分析，鉴定体细胞突变克隆。结果发现：不同的基因表达谱将血液来源TAMs与小胶质细胞起源的TAMs分开，血液来源的TAMs主要位于肿瘤组织血管丰富、微血管增生区域的血管周围以及肿瘤坏死部位的周边区域；血液来源TAMs与低级别胶质瘤患者生存期缩短显著相关；单细胞数据显示，血液来源TAMs与小胶质细胞来源的TAMs相比，前者的M2巨噬细胞标志物（如IL-10，TGF-β2以及一些与氧化代谢有关的基因）表达量增加；不管血液来源的还是小神经胶质细胞来源的TAMs，两者均共表达M1型及M2巨噬细胞标志物。这一研究结果对不加选择的靶向TAMs的胶质瘤治疗策略提出了异议，并为制订以血液来源的TAMs为靶细胞的胶质瘤的治疗策略提供了重要的参考数据。
在恶性皮肤癌中黑色素瘤仅占4%，但是其死亡率在皮肤癌中却占75%。黑色素瘤发展进程快于其他肿瘤，如果在早期发现，5年生存率可达95%，因此早期诊断就显得十分重要。无创诊断或液体活检已经实际应用于早期诊断和对患者进行监测。在患者血液中循环的RNA可以作为诊断标志物用于黑色素瘤的早期诊断。Solé等应用高通量测序技术结合RT-qPCR对血液中RNA进行了研究，结果可用于黑色素瘤早期诊断。大体步骤如下：①收集了409名患者和99名健康人血浆标本，以上患者和正常人血清分别分为3种不同种类RNA测序组[mRNA、miRNA和YRNA（一种高度保守的小分子非编码RNA）]；②提取总RNA后去除rRNA，建立文库后Illumina HiSeq 2500高通量测序；③数据生物信息学分析以及RT-qPCR（mRNA和miRNA）和微滴式数字PCR（droplet digital PCR，ddPCR）（YRNA）验证筛选的RNA。结果显示：与正常人样本比较，在患者血清中442种miRNA表达有变化，其中11种miRNA表达差异显著，miR-134-5p和miR-320a-3p表达显著下调；与正常人样本比较，在患者血清中富集血管生成、PAK以及真核起始因子2（eukaryotic initiation factor 2，eIF2）通路相关mRNA，自分泌运动因子受体（autocrine motility factor receptor，AMFR），HGF致病基因之一SOS1（son of sevenless homolog1）和人白细胞分化抗原109（cluster of differentiation，CD109）的mRNA表达显著上调；在YRNA，与正常人样本和临床晚期患者相比，在0期临床试验患者 RNY3P1、RNY4P1 和 RNY4P25 的表达显著上调。以上结果显示，循环血液中的RNA可作为标志物应用于黑色素瘤的早期诊断。