The advent of targeted therapies in hepatocellular carcinoma (HCC) has underscored the importance of pathway characterization to identify novel molecular targets for treatment. We evaluated mTOR signaling in human HCC, as well as the antitumoral effect of a dual-level blockade of the mTOR pathway.The mTOR pathway was assessed using integrated data from mutation analysis (direct sequencing), DNA copy number changes (SNP-array), messenger RNA levels (quantitative reverse-transcription polymerase chain reaction and gene expression microarray), and protein activation (immunostaining) in 351 human samples [HCC (n = 314) and nontumoral tissue (n = 37)]. Effects of dual blockade of mTOR signaling using a rapamycin analogue (everolimus) and an epidermal/vascular endothelial growth factor receptor inhibitor (AEE788) were evaluated in liver cancer cell lines and in a xenograft model.Aberrant mTOR signaling (p-RPS6) was present in half of the cases, associated with insulin-like growth factor pathway activation, epidermal growth factor up-regulation, and PTEN dysregulation. PTEN and PI3KCA-B mutations were rare events. Chromosomal gains in RICTOR (25% of patients) and positive p-RPS6 staining correlated with recurrence. RICTOR-specific siRNA down-regulation reduced tumor cell viability in vitro. Blockage of mTOR signaling with everolimus in vitro and in a xenograft model decelerated tumor growth and increased survival. This effect was enhanced in vivo after epidermal growth factor blockade.MTOR signaling has a critical role in the pathogenesis of HCC, with evidence for the role of RICTOR in hepato-oncogenesis. MTOR blockade with everolimus is effective in vivo. These findings establish a rationale for targeting the mTOR pathway in clinical trials in HCC.

Abstract Hepatocellular carcinomas represent the third leading cause of cancer-related deaths worldwide. The vast majority of cases arise in the context of chronic liver injury due to hepatitis B virus or hepatitis C virus infection. To identify genetic mechanisms of hepatocarcinogenesis, we characterized copy number alterations and gene expression profiles from the same set of tumors associated with hepatitis C virus. Most tumors harbored 1q gain, 8q gain, or 8p loss, with occasional alterations in 13 additional chromosome arms. In addition to amplifications at 11q13 in 6 of 103 tumors, 4 tumors harbored focal gains at 6p21 incorporating vascular endothelial growth factor A (VEGFA). Fluorescence in situ hybridization on an independent validation set of 210 tumors found 6p21 high-level gains in 14 tumors, as well as 2 tumors with 6p21 amplifications. Strikingly, this locus overlapped with copy gains in 4 of 371 lung adenocarcinomas. Overexpression of VEGFA via 6p21 gain in hepatocellular carcinomas suggested a novel, non–cell-autonomous mechanism of oncogene activation. Hierarchical clustering of gene expression among 91 of these tumors identified five classes, including “CTNNB1”, “proliferation”, “IFN-related”, a novel class defined by polysomy of chromosome 7, and an unannotated class. These class labels were further supported by molecular data; mutations in CTNNB1 were enriched in the “CTNNB1” class, whereas insulin-like growth factor I receptor and RPS6 phosphorylation were enriched in the “proliferation” class. The enrichment of signaling pathway alterations in gene expression classes provides insights on hepatocellular carcinoma pathogenesis. Furthermore, the prevalence of VEGFA high-level gains in multiple tumor types suggests indications for clinical trials of antiangiogenic therapies. [Cancer Res 2008;68(16):6779–88]

Hepatocellular carcinoma (HCC) is a heterogeneous cancer with active Wnt signaling. Underlying biologic mechanisms remain unclear and no drug targeting this pathway has been approved to date. We aimed to characterize Wnt-pathway aberrations in HCC patients, and to investigate sorafenib as a potential Wnt modulator in experimental models of liver cancer.The Wnt-pathway was assessed using mRNA (642 HCCs and 21 liver cancer cell lines) and miRNA expression data (89 HCCs), immunohistochemistry (108 HCCs), and CTNNB1-mutation data (91 HCCs). Effects of sorafenib on Wnt signaling were evaluated in four liver cancer cell lines with active Wnt signaling and a tumor xenograft model.Evidence for Wnt activation was observed for 315 (49.1%) cases, and was further classified as CTNNB1 class (138 cases [21.5%]) or Wnt-TGFβ class (177 cases [27.6%]). CTNNB1 class was characterized by upregulation of liver-specific Wnt-targets, nuclear β-catenin and glutamine-synthetase immunostaining, and enrichment of CTNNB1-mutation-signature, whereas Wnt-TGFβ class was characterized by dysregulation of classical Wnt-targets and the absence of nuclear β-catenin. Sorafenib decreased Wnt signaling and β-catenin protein in HepG2 (CTNNB1 class), SNU387 (Wnt-TGFβ class), SNU398 (CTNNB1-mutation), and Huh7 (lithium-chloride-pathway activation) cell lines. In addition, sorafenib attenuated expression of liver-related Wnt-targets GLUL, LGR5, and TBX3. The suppressive effect on CTNNB1 class-specific Wnt-pathway activation was validated in vivo using HepG2 xenografts in nude mice, accompanied by decreased tumor volume and increased survival of treated animals.Distinct dysregulation of Wnt-pathway constituents characterize two different Wnt-related molecular classes (CTNNB1 and Wnt-TGFβ), accounting for half of all HCC patients. Sorafenib modulates β-catenin/Wnt signaling in experimental models that harbor the CTNNB1 class signature.

Hepatocellular carcinoma (HCC) is a heterogeneous tumor that develops via activation of multiple pathways and molecular alterations. It has been a challenge to identify molecular classes of HCC and design treatment strategies for each specific subtype. MicroRNAs (miRNAs) are involved in HCC pathogenesis, and their expression profiles have been used to classify cancers. We analyzed miRNA expression in human HCC samples to identify molecular subclasses and oncogenic miRNAs.We performed miRNA profiling of 89 HCC samples using a ligation-mediated amplification method. Subclasses were identified by unsupervised clustering analysis. We identified molecular features specific for each subclass using expression pattern (Affymetrix U133 2.0; Affymetrix, Santa Clara, CA), DNA change (Affymetrix STY Mapping Array), mutation (CTNNB1), and immunohistochemical (phosphor[p]-protein kinase B, p-insulin growth factor-IR, p-S6, p-epidermal growth factor receptor, β-catenin) analyses. The roles of selected miRNAs were investigated in cell lines and in an orthotopic model of HCC.We identified 3 main clusters of HCCs: the wingless-type MMTV integration site (32 of 89; 36%), interferon-related (29 of 89; 33%), and proliferation (28 of 89; 31%) subclasses. A subset of patients with tumors in the proliferation subclass (8 of 89; 9%) overexpressed a family of poorly characterized miRNAs from chr19q13.42. Expression of miR-517a and miR-520c (from ch19q13.42) increased proliferation, migration, and invasion of HCC cells in vitro. MiR-517a promoted tumorigenesis and metastatic dissemination in vivo.We propose miRNA-based classification of 3 subclasses of HCC. Among the proliferation class, miR-517a is an oncogenic miRNA that promotes tumor progression. There is rationale for developing therapies that target miR-517a for patients with HCC.