胶质母细胞瘤(WHO IV级)是恶性程度最高的星形细胞肿瘤，由分化差的肿瘤性星形细胞构成。组织学特点包括细胞多形性、核不典型、高分裂活性、血栓形成、微血管增生和坏死。

GFAP染色阳性细胞多少和染色强度在胶质母细胞瘤差别相当大，星形样瘤细胞，特别是肥胖细胞明显阳性，然而小的未分化细胞可能阴性或弱阳性。多核瘤巨细胞染色强度不一，有阳性有阴性。尽管大部分胶质母细胞瘤不表达GFAP，但只要多处取材，至少有一小部分瘤细胞GFAP阳性。虽然GFAP表达随着胶质瘤的发展而降低，但没有证据表明GFAP的存在能作为疾病发展预后指标。少数情况下在分化好的病变背景中出现界线清楚GFAP阴性圆形病灶，表示在获得基因变异后产生了一个新的肿瘤克隆。肿瘤常表达Vimentin，有些肿瘤也表达仅B一晶体蛋白，阳性程度也不一致。

胶质母细胞瘤内有时可见一些散在分布的大细胞，胞浆含PAS染色阳性颗粒。有少数病例含有大量此类细胞，易使人误认为是颗粒细胞瘤(该肿瘤发生于垂体柄或其他组织)，现在认为这些瘤细胞是肌源性的或者神经鞘细胞衍生的，GFAP阴性。病变中还可见到颗粒细胞和肿瘤性星形细胞的过渡细胞。免疫组化染色结果各异，但PAS染色以及AACT和MB2免疫组化染色阳性，提示瘤性颗粒细胞的组织细胞源性。GFAP染色也存在于某些肿瘤细胞中。最近报道发现在胶质瘤细胞中的颗粒细胞有可能是胶质细胞变性结果。

胶质母细胞瘤偶尔含腺样和带状上皮结构。细胞核大，卵圆形;核仁明显，圆形;胞浆明显。它们常叫作“腺样”胶质母细胞瘤。这些区域GFAP可呈弱阳性反应，但星形细胞本质很易辨认。肿瘤也可出现灶性鳞状细胞的特征.如上皮细胞漩涡伴角化珠，瘤细胞可同时表达GFAP和角蛋白。腺样和鳞状上皮样化生在胶质肉瘤比普通的胶质瘤常见。骨化和软骨化生也好发于胶质肉瘤，并在儿童的中枢神经系统肿瘤变化多样。

Ki-67标记指数在不同区域很不相同，平均值为15%～20%。小的未分化的梭形细胞常显示明显的增生活性，相反，肥胖细胞标记指数较低。

(一)巨细胞胶质母细胞瘤

肿瘤含有较多的巨怪形多核巨细胞、小纺锤状的合体细胞和含量不等的网状纤维，GFAP表达差异很大，p53突变基因产物主要位于核内。

(二)胶质肉瘤

具有双相分化成胶质和间质组织的能力是诊断胶质肉瘤的关键。胶质成分显示典型的胶质母细胞瘤特点，有不同程度的间变和GFAP表达。肉瘤成分网织纤维染色阳性。