通过抑制细胞分化来维持干细胞多能性是iPS诱导过程中的一个思路。研究证实，与多能性干细胞自我更新能力密切相关的核心转录因子的激活和表达、它们的相互作用以及对于相关下游通路的直接作用，是维持干细胞多能性状态的重要因素。

Oct3/4、Sox2和Nanog是协同调节iPS细胞多能性以及鉴定干细胞状态的关键转录因子，对于干细胞正常功能的发挥具有重要作用。比如，Oct3/4在胚胎和干细胞中的敲除、Nanog的突变和Sox2的功能丧失均可导致小鼠胚胎发育异常。全基因组分析结果显示，Oct3/4、Sox2和Nanog可以通过相互结合到各自的启动子区域加强各自的表达，从而实现一种基于自身调节和反馈机制的相互作用，而它们(包括Klf4)的下游靶基因有很大的重叠性，很多都与分化和发育相关。c-Myc却与上述因子结合的靶基因不同，主要引起基因组表观遗传学的变化。进一步把相关通路与体细胞重编程因子的调节网络相互联系，或许能够揭示iPS细胞实现多能性的重要机制。

细胞重编程因子在发生相互作用的同时，也对于成百上千个下游基因和相关通路具有调控作用，这些靶基因的作用范围涉及细胞自我更新、细胞周期、分化等相关功能，包括染色质重塑蛋白和组蛋白修饰复合物SMARCAD1、MYST3、SET，转录因子基因 REST、 SKIL、 HESX1和 STAT3，等等，其中 STAT3是Oct3/4、Sox2和Nanog的共同靶基因。

在ES细胞中，TGF-β信号是Nanog发挥功能的重要通路，而LIF诱导的Jak-STAT3通路的激活可促进Klf4的表达，间接促进Sox2和Nanog的表达。同时，Wnt信号通路也可直接与细胞重编程因子发生相互作用，如Wnt下游因子β-catenin和TCF就可以结合到Oct3/4、Sox2和Nanog的启动子区域，使其经由Wnt通路的激活而实现表达。在iPS细胞的诱导过程中，尽管诱导效率最多也只能达到0. 1%～0. 2%，对于细胞某些特定的信号通路进行操作却可以提高重编程效率。研究人员通过上调Wnt通路活性的方法加强了小鼠成纤维细胞的重编程，替代了c-Myc的作用; Wnt3a的激活和GSK3、MAPK、LIF的抑制上调了神经干细胞的重编程效率; TGF-β在小鼠成纤维细胞中的抑制也可以上调Nanog的表达，其对于重编程促进的力度甚至达到了可以不需要Sox2的程度;调节间充质-上皮转换的BMP也可能在重编程过程中发挥作用。对于体细胞重编程网络的深入研究促进了小分子化合物在iPS细胞诱导过程中作用的发挥，逐渐为人类体细胞向iPS细胞的诱导提供了更为方便快捷的方法。

体细胞重编程过程包括染色质结构的相当可观的修饰，也即DNA甲基化和组蛋白修饰，经过一个缓慢而渐进的过程，去攻克存在于体细胞和iPS细胞之间的“表观遗传壁垒”。值得注意的是，iPS细胞本身带有源细胞的表观遗传印记。

随着iPS细胞领域的发展，许多物种的多种体细胞来源的iPS细胞的建立使得评估由不同来源、不同方法产生的iPS细胞的特性成为可能。其中较早的比较性研究尝试通过分析全基因组表达、microRNA表达和组蛋白修饰资料来辨别不同细胞来源的iPS细胞的分子特征以及它们与ES细胞的区别。Kim等的研究成果将人类和小鼠iPS细胞的来源通过DNA甲基化特征阐明，并且注意到在小鼠iPS细胞中DNA甲基化的差异相较源细胞为小。进一步的研究使用所谓“次级iPS细胞”，即初次形成的iPS细胞分化后再次诱导形成的iPS细胞，验证了不同细胞来源具有不同的表观遗传信号表达特征。对于人类iPS细胞，所谓“残余基因表达”特征已被多项研究证实，主要是由于组织特异性的DNA启动子区域甲基化不完全导致不完全沉默，造成iPS细胞与ES细胞的微小区别。

由于表观遗传印记的存在，iPS细胞更倾向于向源细胞方向分化，这种内在的特性在治疗应用中需要特别注意，要使用相应的源细胞构建iPS细胞。在一项研究中，小鼠骨髓来源和B细胞来源的iPS细胞相比于成纤维细胞来源和神经前体细胞来源的iPS细胞更易向造血系细胞分化，而在神经前体细胞源性iPS细胞中应用曲古抑菌素和5-氮杂胞苷可以升高它们向造血系细胞分化的能力，提示这种分化能力的区别是由于表观遗传学修饰引起的。嵌合体体内分化实验进一步表明，成纤维细胞来源的iPS细胞分化能力有限，而骨髓来源和神经前体细胞来源的iPS细胞则几乎可向全细胞系分化。最近，Bar-Nur研究团队发现人类胰岛β细胞来源的iPS细胞在β细胞的关键基因位点处保持着开放的染色质结构，这与它们再分化向β细胞的能力强于非胰岛β细胞源性的iPS细胞，甚至强于ES细胞，都有着直接的关系。此外，从脆性X综合征患者皮肤成纤维细胞中获取的iPS细胞表现与病情一致的 FMR1基因沉默。

然而，有科学家通过一项全面的meta分析质疑了表观遗传印记的存在，认为不同类型的iPS细胞以及iPS细胞与ES细胞之间的差异主要是由于实验误差导致的，而不是它们内在的表观遗传学特征。关于iPS细胞在再分化过程中是否将显示出保持表观遗传印记的特征依然存在争议，而这种争议引发了iPS细胞与ES细胞是否等同的更深层次的讨论。

重编程因子在源细胞内异位表达之后，源细胞的特异性基因出现下调，而重编程因子启动子区域往往发生DNA甲基化和组蛋白修饰状态的改变。在这个过程中，快速分裂的细胞往往更易于发生染色质重塑，导致多能性相关基因如 SSEA1、 FBX15、 ALP以及 TRA-1-60表达的激活。与细胞周期及凋亡相关的基因表达下调也是重编程过程中的一个关键因素。c-Myc的引入使源细胞更易发生表观遗传学变化，出现DNA特定区域的去甲基化，或许与成瘤相关。

鉴于iPS细胞形成过程中表观遗传学的变化，科学家探讨通过表观遗传方式调控iPS细胞形成的可行性。丙戊酸，一种组蛋白去乙酰化酶抑制剂，被证明可使小鼠和人类成纤维细胞的重编程效率提高，使得诱导过程仅需Oct3/4和Sox2两个重编程因子的参与，而不需要有成瘤风险的c-Myc和Klf4的引入。其他的组蛋白去乙酰化酶抑制剂，如SAHA和曲古抑菌素，也对于小鼠成纤维细胞提高重编程效率有效。另一方面，由于DNA去甲基酶在重编程过程中上调，使用DNA甲基转移酶抑制剂如5-氮杂胞苷、RG108，以及组蛋白甲基转移酶抑制剂BIX-01294也均可增加重编程效率。最近，研究显示维生素C可以通过降低组蛋白H3K36甲基化程度来促进重编程。而甲基转移酶Setdb1的敲除或去甲基酶Kdm4b的过表达导致的组蛋白H3K9甲基化丧失可以升高重编程效率。

这些结果进一步证实了iPS细胞形成过程中伴随表观遗传学改变的假说。表观遗传学药物在升高iPS细胞诱导效率的同时可以行使重编程因子的某些功能，然而它们是否可以完全替代这些因子还有待证实。此外，使用非特异性的表观遗传学药物是否会不恰当地改变源细胞表观遗传学状态(如导致原癌基因的激活)，仍然需要进一步研究。

microRNA是一种小型单链RNA，能够通过碱基互补配对直接与mRNA相互作用，从而抑制靶基因的表达。microRNA通过调控基因表达，在许多细胞行为，包括增殖、凋亡和分化过程中发挥作用。ES细胞具有特征性的microRNA表达特征，iPS细胞也具有相似的特征。小鼠ES细胞中超过70%是miR-290家族，包含miR-291-3p、miR-292-3p、miR-293、miR-294和miR-295，其中miR-291-3p、miR-294和miR-295能够升高使用转录因子Oct4、Sox2和Klf4诱导小鼠胚胎成纤维细胞成为iPS细胞的效率。因为这3个microRNA在c-Myc存在的条件下不能够提高重编程效率，而且c-Myc能够与它们的启动子区域结合，可以认为这些microRNA是c-Myc的下游靶点。此外，miR-291-3p、miR-294和miR-295都有一段靶向下游基因的共同的序列，可以猜想它们是通过这个共同的序列发挥作用的。

Lin28在ES细胞分化的过程中表达逐渐下降，而成熟的let7家族microRNA却出现聚集。Hanna等完成的一项分析显示，Lin28对于重编程效率的提高是细胞周期依赖性的，与成熟let7的原癌基因靶点如 K-RAS和 c-MYC的研究结果相一致。此外，Lin28可以通过直接结合mRNA的方式在转录后水平促进Oct3/ 4的表达。