山中伸彌在當醫學生期間的一副照片，好像不開心
於是，山中伸彌準備轉向基礎醫學研究。讀博期間，山中伸彌的研究方向是血壓調節的分子機理。然而，在研究過程中，山中伸彌對小鼠基因敲除和轉基因技術感到震驚，他準備申請這方面的博士後。山中伸彌赴美國格拉德斯通心血管疾病研究所（Gladstone Institute）做博士後，被 Thomas Innerarity 納入門下。Thomas 實驗室研究的是血脂調節。山中伸彌工作勤奮，Thomas 老師也很欣賞他。沒過多久，Thomas 老師就告訴他一個假說，在肝臟中過量表達 APOBEC1 蛋白質應該有益於健康。因為 「血液中的膽固醇降低，會不易產生動脈硬化」。由於無法直接在人身上驗證，於是人為在小鼠的肝臟中表達了大量APOBEC1蛋白。在研究所裡，山中伸彌的工作是通過實驗驗證 Thomas 老師的假說。山中伸彌沒日沒夜努力工作，花了半年時間做成了轉基因鼠。直到有一天早上，負責照顧小鼠的女技術員就神色慌張地對他說：「哥，你的許多小鼠都懷孕了，而且還是公的」。山中伸彌一邊說著 「開玩笑，怎麼可能」。他到老鼠房一看，果真有很多公鼠看起來懷孕了。 為了查清原因，他對小鼠進行了解剖。發現原來不是懷孕，而是小鼠肝臟發生了癌變，肝臟腫大撐大了肚皮。也就是說，APOBEC1可以事老鼠的血脂降下來，但是有個嚴重的副作用，就是會引發肝癌。在許多年以後，山中伸彌在一次講座中總結了其中的經驗教訓：其一，科學是不可預測的，假說終歸是假說；其二，不要嘗試在病人身上做新基因的治療；其三，也許最重要的是，不要相信導師的假說。Thomas 老師的假說變得不成立了。但山中伸彌想知道為什麼會產生這種意外情況，因此在研究所剩下的時間裡便開始埋頭於癌症的研究。最終，他發現了名為 NAT1（Novel APOBEC1 Target 1）的新基因。通過調查NAT1的功能，發現其確實可能與癌症有關。但更重要的發現是，NAT1 在名為ES細胞（Embryonic Stem Cell，胚胎幹細胞）的萬能細胞中發揮著非常重要的作用。山中伸彌和Thomas老師
個人成果
山中伸彌是誘導多功能幹細胞（iPScell）創始人之一。2007年，他所在的研究團隊通過對小鼠的實驗，發現誘導人體表皮細胞使之具有胚胎幹細胞活動特徵的方法。此方法誘導出的幹細胞可轉變為心臟和神經細胞，為研究治療多種心血管絕症提供了巨大助力。這一研究成果在全世界被廣泛應用，因為其免除了使用人體胚胎提取幹細胞的倫理道德制約。
2006年山中伸彌等科學家把4個轉錄因子通過逆轉錄病毒載體轉入小鼠的成纖維細胞，使其變成多功能幹細胞。這意味著未成熟的細胞能夠發展成所有類型的細胞。
山中伸彌從其他科學家已經公布的研究結果中挑選出24種最有希望的轉錄因子。在試驗室中他發現這24種轉錄因子中的確有4種轉錄因子可以將人體細胞重組成幹細胞。他把4種基因注入皮膚細胞，從而得到「雞尾酒」iPS細胞。
事實證明這4個轉錄因子中，其中一個轉錄因子確實是「一次天大的冒險」，因為這一個是與癌症相關的轉錄因子。數月後他又發現即使不使用這個致癌基因，他仍然能夠重組細胞，這樣癌變的機率會大大降低。但新創造的幹細胞仍然會發生癌變，在他的實驗中，121隻老鼠中，有20%產生了腫瘤。這說明使用逆轉錄病毒，可能使基因產生變異，引發腫瘤等副作用。他表示下一步的研究目標是在不使用逆轉錄酶的情況下實現細胞重組。
2
毛毛蟲階段
憑藉他在博士後期間發表的四篇高質量論文，1996 年Shinya在母校大阪市立大學找到了助理教授的職位，繼續他的Nat1研究。
再一次地與預測出現偏差：Nat1敲除後，純合子小鼠在胚胎發育早期就死了，根本無法觀察到成鼠是否得腫瘤。Shinya進一步研究發現，敲除Nat1的胚胎幹細胞在體外根本不能像正常幹細胞一樣分化。此時他想起了Heather Myers的話：胚胎幹細胞不僅是研究的工具，它本身也可以是非常有趣的研究對象。他的關注點開始轉移到胚胎幹細胞上來。
在剛回大阪的頭幾年，Shinya由於剛起步，只能得到少量的研究資助，他不得不自己一個人養幾百隻小鼠，日子過得非常艱苦。同時大阪市立大學醫學院的基礎研究很薄弱，周圍的人不理解Shinya研究Nat1在胚胎幹細胞中的功能有什麼意義，總是勸說Shinya做一些更靠近醫藥臨床方面的研究。而Nat1的研究論文提交給雜誌後一直被拒稿。種種壓力與不得志，Shinya因之得了一種病叫PAD（Post America Depression，離開美國後的抑鬱症；自創的玩笑話），幾乎要放棄科研回國做骨科醫生。
在他最低谷的時候，有兩件事情把他從PAD中挽救了回來。其一是James Thomson（俞君英的導師，2007年幾乎與Shinya同時宣布做出了人的iPS） 在1998年宣布從人的囊胚中採集並建立了胚胎幹細胞系：這些幹細胞在體外培養幾個月後還可以分化成不同胚層的細胞，比如腸上皮細胞，軟骨細胞，神經上皮細胞等。這給了Shinya巨大的鼓舞，他開始更加堅信胚胎幹細胞研究是有意義的，將來必然有一天會用於臨床。第二件事是條件更加優越的奈良先端科學技術研究生院看上了他的特長，招聘他去建立一個做基因敲除小鼠的facility，並給他提供了副教授的職位。
成蛹階段
千辛萬苦脫了幾層皮後，Shinya終於擁有了自己獨立的實驗室。第一次可以招幫手，好爽啊。但是問題又來了：研究生的生源是有限的，學生會傾向於選擇資歷更老條件更好的實驗室，而不一定會選擇剛起步的實驗室；你想招但人家不來啊。為了吸引學生到他實驗室，Shinya冥思苦想了好一陣，提出了一個雄心勃勃的計劃，聲稱實驗室的遠景目標是研究怎麼從終末分化的成體細胞變回多能的幹細胞。
當時科學界的主流是研究怎麼把胚胎多能幹細胞分化成各種不同組織的細胞，以期用這些分化的功能細胞取代受損的或者有疾病的組織細胞。Shinya認為自己的實驗室沒有實力跟這些大牛競爭，那不如反其道而行之，研究怎麼從分化的細胞逆轉為多能幹細胞。
當時科學界的主流觀點認為，哺乳動物胚胎發育過程中的細胞分化是單向的，就像是時間不可逆轉。這個觀點也並非沒有破綻，比如植物組織就具有多能性，一些植物的莖插入土壤會重新長出一棵植株，也即已經分化的莖細胞可以改變命運分化出新的根莖葉細胞。而早在1962年，也即Shinya出生的那一年，英國的John Gurdon爵士（與Shinya共享諾貝爾獎）報導了他的驚人發現：把蝌蚪的腸細胞核移植到去核的蛙卵中，新細胞可以發育成蝌蚪。如果把雜合細胞發育到囊胚期，用囊胚期的細胞核再做一次核移植，那麼就可以發育出可生育傳代的成蛙。進一步地，為了說服人們接受終末分化的細胞核也具有多能性，他把成蛙不同組織的細胞進行體外培養，發現核移植後來源不同的雜合細胞都可以發育到蝌蚪階段。1997年，Ian Wilmut和Keith Campbell基於同樣的原理，把羊的乳腺細胞核移植到去核的羊卵中，成功地培育出了克隆羊多莉。2001年，科學家發現，通過與 幹細胞融合，胸腺細胞核獲得了很大程度的重編程。
Shinya計劃的第一步是找到儘可能多的，類似於Nat1參與維持幹細胞功能的因子（維持因子的意思是這些因子是胚胎幹細胞在體外培養維持多能性所必需的）。他大膽推測，如果過表達這些維持因子也許可以讓終末分化的細胞變回多能幹細胞。一旦成功，誘導的多能幹細胞會有著胚胎幹細胞所不具備的優勢：它不僅可以繞開胚胎幹細胞引起的倫理問題，病人本身的誘導幹細胞改造後重新植入病人時，由於是自身的細胞，將不會有免疫排斥的難題。
在這個遠大前景的感召下，Shinya果然「忽悠」了三個學生加入他實驗室。很快地，他們鑑定出一系列的在胚胎幹細胞特異表達的基因。其中一個基因就是Fbx15。Shinya的學生Yoshimi Tokuzawa發現Fbx15除了特異表達於胚胎幹細胞外，它還能被另外兩個胚胎幹細胞維持因子Oct3/4和Sox2直接調控。Shinya跟Yoshimi說：Fbx15應該參與維持幹細胞多能性和胚胎的發育，我猜你沒有辦法得到Fbx15敲除的純合鼠。Yoshimi構建質粒做了基因敲除小鼠，把染色體上的Fbx15基因通過同源重組替換成抗G418藥物的基因neo。
複雜的生命又一次愚弄了Shinya：Fbx15敲除的純合鼠活得很健康，沒有顯見的表型。Shinya又挑戰他的學生說：好吧，Fbx15也許不是小鼠胚胎發育所必需的，但是它應該是維持體外胚胎幹細胞所必需的，我打賭你沒有辦法在胚胎幹細胞中徹底敲除這個基因。勤快的Yoshimi於是用較高濃度的G418從幹細胞中篩到了純合的敲除株，還是活得好好的，沒有表型。Shinya後來在回憶的時候打趣到：小鼠很happy，細胞也很happy，唯一不happy的就是可憐的學生Yoshimi了。
但是花這麼多精力做的敲除小鼠不能就這麼算了吧。Shinya又一次開動腦筋，想要廢物利用。他發現由於Fbx15隻在胚胎幹細胞表達，Fbx15 promoter操控的抗藥基因neo在成體的成纖維細胞裡不表達，所以細胞對藥物 G418敏感；而敲除鼠裡得到的胚胎幹細胞卻可以在很高濃度的 G418中生長。如果終末分化的成纖維細胞能誘導成胚胎幹細胞，那麼它就會產生對 G418的 抗藥性。即便成纖維細胞只是獲得了部分胚胎幹細胞的特性，那麼它也應該能抗低濃度的 G418 。Fbx15敲除鼠實際上提供了很好的篩選誘導幹細胞的系統！
博士後生涯結束了，山中伸彌回到祖國。在剛回大阪的幾年，山中伸彌由於剛起步，只能得到少量的研究資助，將近四十歲的人還不得不自己一個人養幾百隻小鼠，日子過得非常艱苦。幾番波折，山中伸彌繼續他的Nat1研究。而Nat1的研究論文提交給雜誌後也一直被拒稿。再一次地與預測出現偏差：Nat1敲除後，純合子小鼠在胚胎發育早期就死了，根本無法觀察到成鼠是否得腫瘤。山中伸彌進一步研究發現，敲除Nat1的胚胎幹細胞在體外根本不能像正常幹細胞一樣分化。於是，山中伸彌研究領域轉向當時還比較冷門的胚胎幹細胞領域。
這時候，有兩件事發生了。第一是，James Thomson（中盛溯源俞君英博士的導師，2007年幾乎與山中伸彌同時宣布做出了人的iPSC） 在1998年建立了胚胎幹細胞系：這些幹細胞在體外可以分化成不同胚層的細胞，比如腸上皮細胞，軟骨細胞，神經上皮細胞等。這給了山中伸彌巨大的鼓舞，他開始更加堅信胚胎幹細胞研究是有意義的，將來必然有一天會用於臨床。第二是，奈良先端科學技術研究生院（NAIST）邀請他當副教授，並建立一個做基因敲除小鼠的實驗室。
不管怎麼說，山中伸彌終於擁有了自己獨立的實驗室，可以招助手。但是面臨著新的問題，招不到研究生，因為學生一般選擇成熟的名氣大的實驗室，而不選擇剛起步的實驗室。為了忽悠學生到他實驗室，山中伸彌對外宣稱自己有一個偉大的計劃，終極目標是研究從分化的成體細胞變回多能幹細胞。
這在當時是非主流的。科學界主要研究怎麼把胚胎幹細胞分化成不同的終末細胞，用於替代治療。山中伸彌反其道而行，研究怎麼從分化的細胞逆轉成多能幹細胞（主要是正面研究也拼不過大牛，不妨換條路試試）。
當時科學界主流是研究怎麼把胚胎多能幹細胞分化成各種不同組織的細胞，以期用這些分化的功能細胞取代受損的或者有疾病的組織細胞。山中伸彌認為自己的實驗室沒有實力跟這些大牛競爭，那不如反其道而行之，研究怎麼從分化的細胞逆轉為多能幹細胞。
主流觀點認為，哺乳動物胚胎發育過程中細胞分化是單向的，就像時間一樣是不可逆的。而這個是有漏洞的，比如植物的組織有可逆性，已經分化的根莖可以生成新的植株。再比如，英國的John Gurdon爵士通過蛙核移植證實了終末細胞也具有多能性。再比如，克隆羊多利的出現。
在山中伸彌的計劃裡：第一步是找到儘可能多的乾性維持因子（類似於Nat1）。他大膽推測，如果過表達這些乾性維持因子也許可以讓終末分化的細胞變回多能幹細胞。一旦成功，將是劃世紀的成功！具有胚胎幹細胞的多能行，又繞開了倫理，並且還是自體細胞，移植可以避免排斥。
在這個偉大計劃的感召下，山中伸彌果然「忽悠」了三個學生加入他實驗室。很快地，他們鑑定出一系列的在胚胎幹細胞特異表達的基因。其中一個基因就是Fbx15。山中伸彌的學生Yoshimi Tokuzawa非常勤奮，一次次的驗證山中伸彌的想法，一次次驗證失敗。雖然發現Fbx15不是維持胚胎幹細胞的乾性因子，但是Fbx15敲除鼠卻提供了一個很好的篩選誘導幹細胞的系統！
山窮水復疑無路，柳暗花明又一村。
篩選iPS的系統
榮譽獎項
2007年Meyenburg Award（Meyenburg基金會 [Meyenburg Foundation]/德國癌症研究中心 [German Cancer Research Center, DKFZ]）（德國）
2008年《時代》雜誌「世界百大影響力人物」（The World's Most Influential People）（美國）
2008年羅伯特·科赫獎（德國）
2008年科學技術特別獎（日本）
2008年邵逸夫生命科學與醫學獎
2009年拉斯克基礎醫學獎
2011年獲得國際最高學術大獎之一的沃爾夫醫學獎，與其一起獲獎的還有美國懷特黑德研究所的Rudolf Jaenisch。
2012年，山中伸彌與美國軟體工程師利努斯·託瓦茲獲得芬蘭「千年技術獎」，二人分別獲得60萬歐元的獎金。
2012年10月：與英國發育生物學家約翰·格登（John Gurdon）因在細胞核重新編程研究領域的傑出貢獻而獲得諾貝爾生理學或醫學獎。山中因研發出誘導多能幹細胞（iPS細胞）而為人所知。
2015年12月，獲頒香港中文大學榮譽理學博士。
3
氓之蚩蚩的高橋和利
機緣巧合，山中伸彌招到一位叫做高橋和利（Kazutoshi Takahashi）的學生兼助手，憨態可掬，是個老實人（如上圖）。最關鍵的是，他已經發表了一篇關於幹細胞致癌性的Nature文章。有這樣一篇Nature文章保底，可以高枕無憂。即便接下來的幾年一無所獲，也不至於耽擱學生的前途。山中伸彌決意讓他來承擔最大膽的課題——終末成體細胞的逆分化。
即便有很好的篩選系統，這個課題也非常冒險，難度相當大。雖然已經有人通過核移植技術實現了成體細胞核命運的逆轉，但要實現細胞核的逆轉還需要卵細胞質幫助它重編程，而卵細胞質中的蛋白不計其數。即便細胞可以重新編程，那也應該是很多蛋白共同參與的。山中伸彌當年在手上的僅僅是24個因子。也許有另外幾百幾千種因子被遺漏，缺少其中一種都無法實現重編程，簡直異想天開。
高橋可不管這些，他給成纖維細胞挨個感染過表達這些因子的病毒，依然沒有什麼好的結果。然而山中伸彌是個很好的老師，他故作鎮定對高橋和利說：你看，這說明我們的篩選系統很好啊，沒有出現任何假陽性。
經歷無數次崩潰，有那麼一瞬間連山中伸彌自己都決定要放棄了。在即將崩潰的邊緣，高橋和利大膽提出，說打算把24個病毒混合起來同時感染細胞，然後用減法逐一篩選。山中伸彌覺得這是很愚蠢的想法，也懶得阻止：沒人這麼幹過啊，同學。不過死馬當作活馬醫，你不嫌累的話就去試吧。
功夫不負有心人，幾天後奇蹟竟然發生了。培養板上竟然出現了十幾個誘導出來的「胚胎幹細胞」！一個劃時代的發現誕生了。
關鍵實驗取得突破以後，其後的事情就簡單了。高橋和利的任務就是，每次去掉一個病毒，把剩下的23個病毒混合感染成體細胞，鑑別出哪一些因子是誘導幹細胞所必需的。最後他鑑定出了四個明星因子：Oct3/4, Sox2, c-Myc,和 Klf4。這四個因子在成纖維細胞中過表達，就足以把它逆轉為多能幹細胞！
然後，他們通過一系列的指標，比如基因表達譜，分化潛能等，發現這些細胞在相當大的程度上與胚胎幹細胞相似。
2006年，山中伸彌報導了小鼠誘導幹細胞，引起科學界轟動；這篇文章只有兩個作者，就是第一作者「老實人」高橋和利與通訊作者山中伸彌。
2007年，山中伸彌在人的細胞中同樣實現了細胞命運的逆轉，就在同一天，James Thomson實驗室也報導了自己的研究成果。獨立重複是對科學成果最權威的認可，至此，新的時代自此開啟。
iPS技術的發現意義非凡。第一，從此之後，人們認識到原來細胞的命運可以逆轉的，甚至不同組織間的轉分化（Transdifferentiation）也是可以實現的。其次，iPS細胞成功繞過了胚胎幹細胞的倫理困境，從此科學家可以輕易獲得iPS細胞，開展多能幹細胞研究。其三，當時看來，iPS細胞比胚胎幹細胞更勝一籌：1）相當於自體移植，免疫排異自然大大減少（當然，現在看來自體iPSC用於治療不太現實。一是製備周期長，二是因為線粒體的存在，自體iPSC也存在一定免疫排異；異體iPSC配型+免疫抑制劑應用更為廣泛）；2）若獲取病人體細胞製備成iPS細胞，可以實現體外模擬疾病的發生；3）疾病特異的iPS細胞，還可以用於篩選藥物，或者毒理性測。
但是這僅僅是新的開始，生命科學如此複雜和不可預測，要把這些願景變成現實，讓iPS技術真正造福人類，無論成功與否，這一切都需要時間來告訴我們答案。但偉大的時代已經開啟！
學習經歷1987年 3月：神戶大學醫學院畢業
1987年7月：國立大阪病院臨床研修醫
1993年 3月：大阪市立大學醫學研究科博士畢業
1993年4月：格拉斯通研究所（Gladstone Institute）博士研究員
1996年 1月：日本學術振興會特別研究員
1996年10月：大阪市立大學醫學部助手（藥理學教室）
1999年12月：奈良先端科學技術大學院大學遺傳因子教育研究中心助理教授
2003年 9月：升任奈良先端科學技術大學院大學遺傳因子教育研究中心教授
2004年10月：京都大學再生醫科學研究所(Institute for Frontier Medical Sciences)教授（再生誘導研究分野）
2008年 1月：京都大學物質-細胞統合系統據點iPS細胞研究中心長
2012年10月，獲得諾貝爾生理或醫學獎。
2012年10月，獲得2012年度日本「文化勳章」。
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日本各個大學和研究所在iPS細胞領域的也如火如荼的進行了臨床研究。與國內一擁而上的科研狀況不同，日本研究機構有著不同的分工，各個研究機構有著自己的沉澱。
iPS細胞相關再生醫療臨床試驗匯總
展望回過頭來，種種不可能，Shinya怎麼就幸運地成功了呢？通過更多的研究，我們知道，幹細胞特性的維持是由一個基因網絡來共同作用的，通過上調某些關鍵基因就可以重建這個網絡，逆轉細胞的命運；山中伸彌最後鑑定的四個因子也不是必須的，用24個因子以外的其它因子進行組合可以達到同樣的目的。這好比是一張大網，你只要能撐起其中的幾個支點，就可以把整張網撐起來。
iPS的發現有著不同尋常的意義。首先，它更新了人們的觀念，從此之後人們不再認為細胞的命運不可逆轉，不單可以逆轉，細胞其實還可以實現不同組織間的轉分化（Transdifferentiation）。其次，iPS細胞繞過了胚胎幹細胞的倫理困境，很多實驗室都可以重複這個簡單的實驗得到iPS，開展多能幹細胞的研究。其三，iPS細胞具有很多胚胎幹細胞所沒有的優勢：來自於病人自身的iPS細胞體外操作後重新植入病人體內，免疫反應將大大減少；如果將病人的體細胞逆轉為ips細胞，在體外分化觀察在這個過程中出現的問題，就可以實現在培養皿裡某種程度上模擬疾病的發生；疾病特異的iPS在體外擴增和分化以後，還可以用於篩選治療該疾病的藥物，或者對藥物的毒性進行檢測。
但是這僅僅是新的開始，生命科學如此複雜和不可預測，要把這些願景變成現實，讓iPS真正造福人類，這其中還有重重的困難。Shinya Yamanka，這位科學的寵兒，懷著最初幫助更多病人的理想，無畏地踏上了新的徵程。
iPS技術除了在幹細胞領域如魚得水，在免疫細胞領域也不遑多讓。就在幾天前，美國FDA已經批准首個iPSC來源的CAR-T細胞療法的IND申請，用於治療復發/難治性B細胞惡性腫瘤。iPSC來源的細胞療法正在成為熱潮。
在最艱苦的歲月裡，懷抱希望，相信總有一天，你會笑著跟人訴說你身上的每一道傷痕。