TL;DR:

%run:
　　.pyの中身をセルに展開して実行したみたいな挙動
　　その後のセルの実行に影響する
!python:
　　サブシェルでpython hoge.pyを実行
　　その後のセルの実行には影響しない

経緯

Google Colaboratoryで.pyファイルの実行方法に

%run hoge.py

!python hoge.py

の2種類があり、どちらでも実行できる。
両者に違いがあるのかないのかハッキリさせたい。

検証

hoge.py

hoge = 256

piyo.py

piyo = 512

print(hoge)  # -> NameError
%run hoge.py
print(hoge)  # -> 256

print(piyo)  # -> NameError
!python piyo.py
print(piyo)  # -> NameError

結果：%runでは名前空間が取り込まれたが、!pythonはそうならない。

Google Colaboratoryで実験する
→　runPyFile.ipynb - Colaboratory

なぜ？

IPython公式ドキュメントの IPython as a system shell の節には

Since each command passed by IPython to the underlying system is executed in a subshell which exits immediately, you can NOT use !cd to navigate the filesystem.

と書かれている。

（!で始める）シェルコマンドはサブシェルで実行されてすぐに破棄される、よって!cdではカレントディレクトリは変更されない。（意訳）

つまり、!pythonではpythonがサブシェルで実行されるため名前空間が共有されることはない。

対して、Built-in magic commands の節には%runについて

This is similar to running at a system prompt python file args, but with the advantage of giving you IPython’s tracebacks, and of loading all variables into your interactive namespace for further use (unless -p is used, see below).

と書かれている。

シェルでpython [.pyファイル] -引数...とやるのに似てるけど、トレースバックと名前空間のロードが付いてきてお得。（意訳）

つまり、%runでは.pyファイルで用意した変数が次のセル以降でも維持される。
逆に%run実行以前に定義していた変数は%runの実行で上書きされる。
（-pオプションの挙動と変数の上書きは runPyFile.ipynb - Colaboratory でも実験できる）