FHH包括3种类型，分别由CaSR、Gα₁₁和AP2σ基因的失活性突变所致。FHH1(OMIM#145980)是最为常见类型，占所有FHH病例的65%。FHH外显率很高，以终生非进展性轻到中度高血钙、正常或轻度升高的血PTH和低尿钙排泄为主要特征。FHH常与PHPT相混肴，但甲状旁腺切除(PTX)无法纠正FHH的高血钙，区分两者需要基因突变分析。目前，>130种CaSR基因突变与FHH1相关(图3)，其中>85%为错义替换。突变位点集中在ECD，尤其是CaSR胞外VFT结构域裂隙中的Ca^2＋结合位点(图3)；突变碱基可能直接或间接影响Ca^2＋结合后受体构象的改变。位于VFT结构的特定碱基可能充当分子开关调控Ca^2＋在VFT裂隙的进入与结合，突变可导致CaSR功能丧失或激活(图3)。另外，突变也集中在CaSR跨膜结构域(TMD)，可能通过阻断G蛋白与CaSR信号转导通路之间的相互作用来抑制激活信号传入细胞内。大约50%引起FHH1的CaSR突变会导致细胞表面受体表达降低，突变CaSR保留在胞内，不能通过内质网或高尔基体到达细胞膜。杂合突变时功能丧失较轻，这是因为野生型CaSR可通过ADIS机制增加突变型受体向胞膜迁移。

NSHPT(OMIM#239200)是一种可能威胁生命的疾病，最常见的病因为CaSR纯合或杂合失活突变(表1)。NSHPT以严重的新生儿高血钙(血钙3.5～5.0 mmol/L)、血PTH升高(5～10倍)、甲状旁腺显著增大、发育不良、多发骨折和呼吸窘迫为主要特征。NSHPT通常需要PTX进行治疗，部分患者术前可使用双膦酸盐控制高血钙和骨去矿化作用。CaSR杂合失活突变也可以造成严重的新生儿高血钙，提示除CaSR之外可能还有其他因素参与NSHPT发病，比如显性位点失活突变的严重程度与母亲的血钙浓度都会影响新生儿CaSR突变后的表型。超过25种CaSR突变与NSHPT相关，其中>40%为无义或框移突变。

CaSR失活突变可偶然于新生儿期以后发病，伴随严重的高钙血症。有研究表明CaSR氨基末端区域的纯合失活突变可导致儿童或成年早期的症状性高钙血症，成年PHPT患者中也发现有携带CaSR的杂合和纯合失活突变。婴儿期以后出现的PHPT或严重FHH可能由潜在的CaSR突变造成。相对于NSHPT患者，这些患者的Ca^2＋信号转导受损较轻。在受体ECD区域发生的CaSR突变往往造成严重高钙血症，这类高钙血症可能发生多腺体受累，单纯PTX治疗可能无效，因而临床实践中CaSR ECD突变患者甲状旁腺手术时需要全颈部探查。

ADH包括1和2两型，分别由CaSR和Gα₁₁的胚系激活突变所致，ADH1(OMIM#601198)占所有ADH的70%左右。ADH以轻到中度低血钙(经血清白蛋白校正后的血钙很少<1.5 mmol/L)为特征，约50%的患者出现低血钙症状如感觉异常、手足痉挛和癫痫。与甲状旁腺功能减退症不同，ADH患者通常PTH水平正常而尿钙相对较高(尿钙/肌酐比值正常或升高)。>35%的ADH患者存在肾和基底节的异位钙化。CaSR严重激活突变患者可能还存在巴特综合征V型，以低血钾性碱中毒、肾盐丢失和高肾素性高醛固酮血症为特征。ADH的诊断通常需要基因突变分析，已知>70种CaSR突变与ADH1患者相关，其中95%为杂合错义替换。激活突变簇集在细胞外VFT结构域的第二个肽环(残基116-136)，影响该胞外肽环的突变可能通过促进受体构型转变如二聚体旋转导致受体功能激活。另一个突变热点位于包含跨膜结构域6、7和介于中间的胞外第三个肽环的区域(图3)。该区域与其他抑制G蛋白结合的跨膜结构域相互作用，使得未结合配体的受体处于无活性构型。

拟钙剂是模拟或增加Ca^2＋对CaSR作用的配体，分为两类：Ⅰ型为激动剂，包括天然配体如多价阳离子，Ⅱ型为正向变构调节剂包括L-氨基酸和西那卡塞。溶钙剂是CaSR功能抑制剂，目前已有根据CaSR负性变构调节剂而合成的溶钙剂。合成的拟钙剂和溶钙剂结合于CaSR胞外TMD区域，促进构象改变从而导致受体活性改变。拟钙剂是NSHPT和症状型FHH1的潜在靶向治疗药物，在体外可增强CaSR失活突变的信号转导，并作为药物协同伴侣分子促进蛋白的正确折叠和突变CaSR的胞膜靶向输送。这些体外作用与西那卡塞治疗有显著高血钙或复发性胰腺炎的FHH1患者临床结果一致。西那卡塞可以成功治疗携带CaSR杂合Arg185Gln突变NSHPT患者的致命性高钙血症，但对CaSR双等位基因缺失突变的NSHPT患者无效。

针对症状型ADH的传统治疗包括钙与活性维生素D，但不能纠正甲状旁腺和肾小管功能的病理生理改变，患者倾向于发展为高尿钙、肾钙质沉着症、肾结石和肾损害。重组PTH(1-34)(特立帕肽)也不能使ADH1患者免于高尿钙性肾并发症的发生。溶钙剂是ADH1的潜在靶向治疗手段，包括氨基醇(NPS-2143，丙酸和JTT-305/MK-5442)和喹唑酮类(ATF936和AXT914)化合物。体外实验表明长效溶钙剂NPS-2143可纠正CaSR突变引起的ADH，但对位于TMD影响NPS-2143结合的碱基突变无效。相反，喹唑酮类溶钙剂(ATF936和AXT914)对所有目前已知ADH突变均有效，包括导致构型激活和(或)巴特综合征5型的突变。对于ADH1相关的低钙血症，NPS-2143使用1 h后，Nuf小鼠(携带CaSR胚系激活突变Leu723Gln，低血钙，低PTH，异位钙化)血钙与PTH水平明显增加，4h后恢复到基线水平。长期而言，针对2种ADH1模型小鼠(分别为CaSR胚系激活突变Cys129Ser和Ala843Glu)的实验表明，每日灌胃给予JTT-305和MK-5442超过12周，可以维持血钙上升和尿钙排泄下降。一项包括5例ADH1患者的临床试验发现，静脉给予NPSP795可显著提高血PTH、降低尿钙排泄，但血钙没有改变。

FHH2(OMIM#145981)的致病基因最先被定位于19p，该位点包含GNA11基因(表1)，编码Gα₁₁蛋白。Gα₁₁蛋白在甲状旁腺中高度表达，是CaSR信号伴侣分子。甲状旁腺特异性敲除Gα₁₁及其相关蛋白Gα_q小鼠模型表现为高钙血症、甲状旁腺功能亢进症和甲状旁腺增大。对FHH2患者家系以及无CaSR突变的FHH先证者分析也发现了胚系GNA11杂合突变，突变位点包括Ile199/200del、Leu135Gln和Thr54Met。这3种突变与轻度FHH表型相关，患者校正后血钙<2.8 mmol/L为特征。与此一致，体外实验也表明这些突变导致CaSR信号转导轻度受损。

同源性模型表明引起FHH2的突变均位于Gα₁₁的关键区域，包括GTP酶结构域以及保护结合鸟苷酸的小螺旋结构域(图4)。Ile199/200del突变位于GTP酶结构域内，可干扰发夹环；后者构成Gα-GPCR界面的一部分，位于与GTP结合后发生构型改变的"开关"区域之间(图4)。Leu135Gln突变位于螺旋结构域内，它不影响CaSR-Gα₁₁结合，但可能通过影响Gα₁₁和下游效应器之间的相互作用从而减弱CaSR的信号转导。Thr54Met突变位于GTP酶结构域和螺旋结构域的交界面，可通过影响鸟苷酸的结合从而损害Gα₁₁与CaSR的结合和(或)分离。

最初，针对2个低钙血症家系的基因连锁分析将致病基因定位于染色体19p13.3，即GNA11基因所在处，DNA序列分析证实患者存在胚系Gα₁₁ Arg60Cys和Ser211Trp杂合突变。随后全外显子测序在更多的ADH家系中发现Gα₁₁杂合突变(Arg60Leu和Val340Met)，并证实这些突变可导致CaSR介导的信号转导增强。这种携带Gα₁₁激活突变的ADH被命名为ADH2(OMIM#615361)(表1)，患者通常校正后血钙浓度在1.75～2.15 mmol/L。典型表现包括低血钙症状如感觉异常、肌肉痉挛、手足痉挛和癫痫。相对于CaSR激活突变患者，胚系Gα₁₁激活突变患者表现为钙磷代谢之外的表型。例如，Arg60Leu突变患者出生后生长受抑，成人通常显著矮小(身高低于未突变个体平均值2SD以上)；Val340Met突变患者会有圆锥形角膜。

突变Arg60和Arg81残基分别邻近连接肽1和2，这些肽作为铰链连接Gα₁₁ GTP酶结构域和螺旋结构域，使2个结构域形成围绕鸟苷酸的蛤壳样结构(图4)。因此，影响Arg60和Arg181残基的突变可能导致Gα₁₁"蛤壳"打开且通过促进GDP转换为GTP来诱导激活G蛋白。引起ADH2的Ser211Trp突变位于Gα₁₁与Gβγ异二聚体结合处，这种突变可能促进Gα₁₁亚单位的分离进而增强CaSR介导的信号转导。突变的Phe341Leu残基位于Gα亚单位的C末端(图4)，可能通过阻止GTP水解为GDP而激活Gα₁₁。邻近Val340的残基并不参与GDP/GTP转换，但却可能影响Gα-GPCR相互作用的稳定性。

尽管拟钙和溶钙化合物可以用于治疗CaSR突变所致的FHH1和ADH1，但是否能纠正下游Gα₁₁蛋白的异常尚不可知。体外研究表明西那卡塞和NPS-2143可分别纠正Gα₁₁失活性突变或者激活性突变所致的功能异常。这种效果是通过直接影响突变Gα₁₁蛋白信号转导而完成的。然而，某些Gα₁₁突变(Ile199/200del和Phe341Leu)对西那卡塞和NPS-2143敏感性较弱。这种药物敏感性的不同可能与G蛋白α-s(Gαs)和β2-肾上腺素能受体复合物的晶体结构相关：Ile199和Phe341同源性残基以及相关Gαs蛋白位于GPCR和Gα亚单位交界处的疏水腔内(图5)，因此位于GPCR-Gα交界处的Gα₁₁突变可能影响CaSR变构调节剂的疗效。

图5

结合β2-肾上腺素能受体(β2AR，绿)的Gαs(棕)三维模型

注：Gα₁₁ Ile199和Phe341是家族性低尿钙性高钙血症(FHH)2型和常染色体显性低钙血症(ADH)2型的致病突变，与Gα₁₁ Ile199和Phe341(红)同源的Gαs残基位于GPCR-Gα交界面(黑色开放环)的一个疏水区域内。β2AR-Gαs交界面由β1链残基、连接β2和β3的发夹环以及Gαs蛋白的α5螺旋构成，α5螺旋与β2AR的胞内环2(IL2)相互作用。与Gα₁₁ Val217(V217)和Phe376(F376)残基同源的Gαs Val217和Phe376残基构成位于Gα亚单位界面的部分疏水袋(曲线)，促进β2AR IL2与Gαs蛋白对接

图5

结合β2-肾上腺素能受体(β2AR，绿)的Gαs(棕)三维模型

基因连锁研究将FHH3(OMIM#600740)(表1)的致病基因定位于染色体19q13.3。FHH3患者一般>30岁，临床表现为血PTH升高、轻度低磷血症以及骨软化症。全外显子测序发现上述FHH3患者存在胚系AP2S1基因Arg15Cys杂合突变。该基因编码AP2异四聚体复合物的σ亚单位。AP2复合物是网格蛋白包被小泡的核心成分，促进膜蛋白的内吞作用。目前已有>60个FHH3患者和家系报道存在AP2S1突变，所有患者均存在Arg15残基杂合错义突变。晶体学研究显示Arg15残基在与膜cargo蛋白结合中发挥关键作用(图6)。推测Arg15突变可能干扰AP2复合物和CaSR胞内羧基端之间的相互作用从而影响GPCR的内吞。体外实验证明这些引起FHH3的AP2σ突变改变CaSR在细胞表面的表达，并以显性位点失活突变的方式影响信号转导。

图6

AP2S1基因模式图与FHH3致病突变位点示意图(A)和异四聚体AP2复合物的三维模型(B)

注：(A)AP2S1基因由5个编码外显子(1～5)组成，起始密码子(ATG)和终止密码子(TGA)分别位于外显子1和5。外显子1的5′端和外显子5的3′端为非编码区。AP2σ蛋白由外显子1的3′端，外显子2、3、4以及外显子5的5′端(深灰)编码。家族性低尿钙性高钙血症(FHH)3型的致病突变均影响Arg15残基，包括Arg15Cys(R15C)、Arg15His(R15H)和Arg15Leu(R15L)错义替换。(B)包括α亚基(紫)、β亚基(黄)、u亚基(浅蓝)和σ亚基(浅棕)(PDB收录号2JKR)。AP2复合物通过关键的极化触点(红色虚线圈)与cargo蛋白识别模体(绿)结合，极化触点包括AP2α亚基的AP2σ Arg15(R15)(深蓝)和Arg21(R21)残基

图6

AP2S1基因模式图与FHH3致病突变位点示意图(A)和异四聚体AP2复合物的三维模型(B)

理论上Arg15位点可以存在6种碱基替代变异，然而目前仅在FHH3患者中发现Arg15Cys、Arg15His和Arg15Leu突变(图6)，这种偏倚的原因可能是由于其他3种突变具有胚胎致死性。携带Arg15Cys或Arg15Leu突变的儿童患者，可能存在症状性高钙血症、骨密度降低、认知障碍和(或)行为紊乱。相对于FHH1，FHH3患者具有更严重的生化表型，表现为血钙和血镁显著升高以及钙排泄分数显著下降。相对于Arg15Cys或Arg15His患者，Arg15Leu年轻患者的血钙更高且出现时间更早，这种基因型与表型的相关性在儿童患者中更加明显。但另一项主要纳入成人FHH3患者的研究并未发现此基因型-表型相关性，表明Arg15Leu突变相关的严重高钙血症可能与年龄有关。

西那卡塞可作为FHH3症状性高钙血症的一种治疗手段。体外研究显示西那卡塞可纠正与AP2σ突变相关的、显著受损的细胞内钙和MAPK反应。临床试验发现西那卡塞30～60 mg/d，可以降低有症状的FHH3患者(存在Arg15Cys、Arg15His或Arg15Leu AP2σ突变)的血钙水平(>20%)，并改善症状。另外，西那卡塞也被发现成功纠正了1例有染色体22q11.2缺失和Arg15Leu AP2σ突变患者的高钙血症。

CASR和GNA11基因的胚系突变占ADH病因的70%。其他ADH患者可能存在CASR和GNA11基因未翻译或非编码区域的异常，或者其他钙调分子的突变。其中一部分患者可能存在Ca^2＋敏感性增强的AP2σ突变，这种ADH类型被命名为ADH3。然而，一项针对19个患者和家系(有ADH但无CASR和GNA11基因以及其他孤立甲状旁腺功能减退症相关基因的突变)的AP2S1基因分析并未发现密码子区域突变或拷贝数变异。此外，针对10个家系和50个散发孤立甲旁减患者的调查也并未发现任何影响AP2S1的编码区突变或拷贝数变异。这些研究提示AP2σ突变可能不是低血钙疾病如ADH的病因。