Высокозлокачественная серозная карцинома яичников — одна из значимых проблем онкологии. Цель исследования — оценить пространственную и фенотипическую гетерогенность экспрессии белков EpCAM, HER2, TROP2 и пан-цитокератина в клетках первичной опухоли, перитонеальных метастазах и асцитическом опухолевом компартменте (АОК), представленном сфероидами и одиночными клетками, а также изучить связь выявленных субпопуляций с проведением неоадъювантной химиотерапии (НАХТ) и прогрессированием заболевания. В проспективном одноцентровом исследовании у 27 пациенток с гистологически верифицированным серозным раком яичников высокой степени злокачественности исследовали методом иммунофлуоресценции экспрессию EpCAM, HER2, TROP2 и пан-цитокератина. Доля EpCAM–HER2– клеток различалась между первичной опухолью, перитонеальными метастазами и АОК, преобладая среди отдельных клеток асцитической жидкости (АЖ) и тканью метастазов (р = 0,0012). CK–TROP2– клетки были более представлены среди отдельных клеток АЖ (73,50 (51,00–91,25)%, р = 0,0249). Доля CK+TROP2– клеток выше в солидных опухолевых очагах (83,00 (65,00–95,00)% в первичной опухоли и 94,50 (47,00–98,00)% в ткани метастазов, р < 0,0001). У пациенток, получавших НАХТ, доля EpCAM+HER2+ клеток в первичной опухоли и метастатических опухолевых очагах выше, чем у пациенток без предоперационного лечения (42,50 (6,25–71,25)% против 0,00 (0,00–5,00)%, р = 0,0333). Клиническая значимость субпопуляции клеток с фенотипом EpCAM–HER2– зависела от формы организации в асците. Так, увеличение доли EpCAM–HER2– среди отдельных клеток АЖ, а не в составе сфероидов, было независимо связано с повышенной вероятностью прогрессирования (ОШ (95% ДИ) 1,256 (1,010–7,769), р = 0,0322) и более плохой выживаемостью без прогрессирования (ОШ (95% ДИ) 1,118 (1,001– 1,518), р = 0,0459). HGSOC характеризуется выраженной фенотипической гетерогенностью между опухолевыми компартментами. АОК может отражать особенности фенотипического состояния диссеминированных опухолевых клеток.