神经胶质瘤代表了一组多样化的异质性肿瘤，这些肿瘤根据最近对基因型特征的了解在肿瘤学分类上不断发展。几种推测的来源是原始神经干细胞，神经胶质祖细胞或去分化的成熟星形胶质细胞，少突胶质细胞或室管膜细胞。儿童和青少年更可能具有界限分明的低等级类型，而成年人则更可能患有弥漫性浸润性肿瘤而没有明显的边缘。2016年，世界卫生组织对神经胶质瘤分类进行了里程碑式的更新，纳入了分子参数并强调了用于诊断的基因型。在此之前，仅根据组织学进行临床分级，仅通过血管生成和坏死来鉴定胶质母细胞瘤。现在，通过整体转录谱分析和DNA甲基化分析，已使用几种公认的亚型完善了诊断。
　　 出国看病网研究机构认为，与IDH突变和TP53和ATRX功能丧失密切相关的，对预后更有利的神经胶质瘤CpG岛甲基化子表型是低级神经胶质瘤演变为“继发性”胶质母细胞瘤的特征。大多数G-CIMP肿瘤具有前突转录谱，这是由少突胶质细胞发育基因如PDGFRA，神经激肽受体同源盒2和少突胶质细胞转录因子2的高表达所定义。相反，非G-CIMP肿瘤是从头出现的“原发性”胶质母细胞瘤，临床预后较差。这些可分为具有不同预后意义的前神经型，神经型，经典型和间质亚型。神经元和间质的转录谱是最明显的，而其他的则没有很好的界线。所有可能都是由常见的前突神经样前体演变而来，PDGFRA和PTEN的拷贝数发生了变化。亚型之间存在可塑性，在细胞毒性疗法的选择压力下或肿瘤复发时有向神经元向间充质转变的趋势。发生肿瘤内镶嵌术，在不同的组织学模式内发现单个基因特征。例如，血管区域可能具有前突分布，而坏死或缺氧区域可能具有间充质分布。
　　 DNA甲基化和组蛋白修饰的表观遗传重编程是所有神经胶质瘤的特征。最常研究的机制是胞嘧啶-鸟嘌呤二核苷酸对长重复序列的DNA甲基化，即基因启动子内的所谓“ CpG岛”。CpG岛的超甲基化吸引了甲基CpG结合蛋白2和其他机制来沉默胶质母细胞瘤中许多肿瘤抑制因子的表达，例如WNT抑制因子1和Ras途径的负调控因子。组蛋白是核小体和异染色质的核心成分，受到高度特异性和动态可逆的翻译后修饰，称为“组蛋白标记”，可调节基因表达。组蛋白3蛋白在活性的转录位点由trithorax蛋白质复合物在赖氨酸4三甲基，而那些在非活性位点在赖氨酸27由梳压制性络合物2。能够识别H3K27me3标记并促进转录抑制以控制细胞周期的染色体框同源物7蛋白是一种肿瘤抑制因子，在高级别神经胶质瘤中表达降低。胚胎干细胞和神经胶质瘤干细胞样细胞在某些基因启动子上同时以所谓的“二价状态”显示增强和抑制标记，从而允许暂停转录而不是完全抑制。缺氧可通过失活含氧依赖性JumonjiC域的组蛋白去甲基化酶来诱导。含JmjC结构域的蛋白质3是神经胶质瘤中过度表达的H3K27me3特异性脱甲基酶，在临床前研究中其抑制作用具有抗肿瘤活性。
　　 尽管大多数情况是IDH野生型，但IDH突变是胶质母细胞瘤表观基因组的最佳理解修饰子。两种IDH亚型催化将NADP+依赖的异柠檬酸酶还原为a-酮戊二酸，产生NADPH，这是谷胱甘肽防御活性氧和DNA损伤所必需的。IDH的突变足以建立G-CIMP，因为a-KG的新酶转化为可代谢的D-2-羟基戊二酸酯会抑制a-KG依赖性酶，包括10种-11位易位家族的5'-甲基胞嘧啶羟化酶和含JmJC域的组蛋白脱甲基酶。MGMT基因编码o6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基，蛋白质，可以修补烷化剂的损伤。MGMT启动子的甲基化与IDH突变和G-CIMP表型密切相关，并且已成为治疗反应中临床上最相关的预测因子之一。但是，IDH1突变已超过MGMT启动子甲基化，成为生存和生存的预后因素。现在认为MGMT启动子突变仅在胶质母细胞瘤的经典亚型中独立预测治疗反应。IDH突变是成年患者中大多数低度神经胶质瘤的早期事件，影响80％至90％的II和III级肿瘤以及仅5％的IV级肿瘤，定义了预后良好的亚型。它们在儿科神经胶质瘤中不常见，而通常由异常的促有丝分裂原活化蛋白激酶途径驱动。
　　 组蛋白基因H3F3A或HIST1H3B中的点突变，用赖氨酸27取代甲硫氨酸，可能发生在中枢神经系统发育过程中主动分裂的神经前体中。它们互斥IDH突变，并具有脑中线神经胶质瘤的特征，脑桥神经胶质瘤通常是弥漫性桥脑神经胶质瘤，主要发生于儿童。效果是抑制了多梳抑制复合物2，导致H3K27me3抑制标记整体降低。尽管他们的排他性，H3 K27中号的肿瘤和IDH突变胶质瘤有着共同的合作伙伴突变，像TP53和ATRX。它们通常与PDGFRA扩增以及PIK3R1，PTEN和ACVR1中的突变一起发生。复制永生性是一种与增殖能力分开的肿瘤性质，需要避免天然端粒缩短。与其他类型的肿瘤一样，神经胶质瘤细胞通过致癌转化的初始事件之外的多种机制来实现这一目标。
　　 端粒长度的维持可以通过端粒逆转录酶启动子的突变来实现，端粒逆转录酶启动子是IDH野生型的特征，即非G-CIMP胶质母细胞瘤，IDH突变体和1p / 19q-co缺失的少突胶质细胞瘤。TERT基因通常在成年体细胞中沉默，但是当其启动子中的突变揭露E-二十六/三元复合因子的新结合位点时，TERT基因会异常表达。这种机制在小儿脑肿瘤中很少见，后者更可能具有发育上合适的端粒酶活性，具有TERT功能启动子高甲基化，或具有重排，将TERT基因置于强增强子旁边。在IDH突变的星形细胞瘤中，端粒酶非依赖性的端粒交替变长可能会通过a地中海贫血/智力低下综合征突变或死亡而发生域相关蛋白基因。在G-CIMP和H3 K27中号肿瘤，ATRX的损失相关联经常发现通过G1 / S检查点的破坏TP53突变。
　　 神经胶质瘤细胞的一小部分具有自我更新和多谱系分化性质具有类似于非肿瘤干细胞的基因表达模式。虽然这些胶质瘤干细胞样细胞在肿瘤的启动，维护，和治疗性重要的作用，他们可能是肿瘤附带现象，而不是它的源。例如，前神经元神经胶质瘤可能起源于神经干细胞，而间充质神经胶质瘤和少突胶质细胞瘤可能起源于未分化的成熟非干细胞。确认从肿瘤中分离出GSC需要证明其具有引发肿瘤，克隆扩增和产生更多分化后代的能力。细胞表面抗原分化簇133最初被提议作为GSC的决定性标志物，随后提出了其他几个标志物，例如CD15，L1细胞粘附分子和整联蛋白a6，但这些都没有被证明能够是通用标记或专有标记。前神经亚型GSC表达CD133和CD15，这是胚胎和成年神经干细胞的标志，而间充质亚型GSC缺乏这些标志，而表达CD44，是星形胶质细胞限制的前体细胞的标志。
　　 胶质瘤的单细胞RNA测序证明转录谱内有肿瘤内变异，并且在各种组织学位点中发现了一小部分增殖的GSC。GSC分布不均匀，但优先分布在血管周围和缺氧区域，并由微环境应激因素维持，例如缺氧，低pH和营养耗竭。未知GSC是否具有不可逆的状态，其种群变化或动态状态，以响应于环境线索而在细胞类型之间进行切换。由于苛刻的微环境条件会导致优先的GSC生存和在非GSC中获得干样特征，因此失去干细胞特性的后代细胞可能能够重新获得GSC表型，这似乎是合理的。在经历放射治疗的乳腺癌细胞中可以观察到这种现象。这种类型的转换显着使神经胶质瘤遗传学的研究复杂化，因为在非增殖性末期子代中发现的突变可能被视为“乘客突变”，从而降低了检测突变时的信噪比该驱动器。
　　 脑室下区域是支持成人大脑中干细胞维持的几个解剖位之一。它位于大脑内的侧脑室附近，通常在产后早期的人中产生发往嗅球或腹侧前额叶皮层的中间神经元。它的室管膜细胞通过产生色素上皮衍生因子来支持神经干细胞和GSCs，从而促进增殖，抑制分化基因以及性别决定区Y-box 2转录因子的表达。可以为GSC创造良好环境的其他SVZ室管膜信号包括头蛋白和基质衍生因子1。胶质瘤可能在SVZ内出现，或向SDF-1 / CXCL12迁移以“共同选择”有利于GSC增殖和细胞迁移的利基。SVZ具有丰富的脉管系统，NSC和GSC围绕该脉管系统聚集。SVZ内的内皮细胞与NSC密切相关，NSC也分泌PEDF，以及脑源性神经营养因子，胎盘生长因子2和血管内皮生长因子。与内皮细胞的直接接触通过ephrinB2和Jagged1支持NSC自我更新。
　　 在大脑中，乳酸和葡萄糖的浓度相似。由于神经元具有更高的糖酵解速率和较低的氧化代谢，星形胶质细胞可能是高细胞外乳酸的主要来源。神经元优先利用星形细胞乳酸盐用于戊糖磷酸途径，产生NADPH来维持其抗氧化能力。星形胶质细胞和神经元也通过谷氨酸-谷氨酰胺循环协同作用。神经元将谷氨酸释放到细胞外空间，星形胶质细胞将其清除并转化为谷氨酰胺，以恢复神经元神经递质池。星形胶质细胞还将谷氨酸转化为谷胱甘肽前体，后者被提供给神经元以支持对氧化损伤的抵抗力。胶质瘤中的星形胶质细胞代谢被加速，与正常组织相比，胶质瘤的糖酵解增加，即使在正常的氧气水平下，也可以提供三磷酸腺苷和生物合成的前体来增加细胞增殖。乳酸产量的增加也降低了细胞外pH并诱导VEGF表达，刺激新血管形成以促进肿瘤的持续生长。胶质瘤还增加了谷氨酰胺的吸收和利用，以支持ATP和生物合成前体的生长和增殖。
　　 胶质瘤由于供血不足而遇到短暂和慢性缺氧。研究最充分的缺氧细胞效应是减慢缺氧诱导因子蛋白的降解。该蛋白质在氧气存在下在蛋白酶体中组成性表达并迅速降解。当被缺氧所稳定时，HIF增强了许多基因的转录以减轻环境压力，包括糖酵解酶，如乳酸脱氢酶，烯醇酶和果糖磷酸激酶。涉及多能性的基因，例如SOX2，C-MYC，NONOG，OCT4，CD133和巢，已经在缺氧条件下表达增加，导致增加的侵袭和GSC化疗和放疗。在IDH突变的肿瘤中2HG抑制a-KG依赖性双加氧酶的作用类似于在低氧环境中使这些酶失活的作用。在两种情况下均抑制TET家族5mC羟化酶和含JmjC域的组蛋白去甲基化酶分别破坏DNA和组蛋白的正常甲基化模式，因此IDH突变体和低氧肿瘤之间的表观遗传特征可能相似。无论哪种情况可能有助于维护的GSC的。胶质瘤基因组和表观基因组与新陈代谢和微环境的紊乱相互作用，从而使胶质瘤的发生和GSC的维持得以维持。了解该异质性组中常见的表观遗传和代谢特征可能会产生新的治疗策略。