아르비드 칼손: 우리를 움직이는 화학 물질
1950년대 후반, 한 스웨덴 약리학자가 토끼에게 뇌에서 도파민을 제거하는 약물을 투여했다. 동물들은 경직되어 움직임을 멈췄는데, 이는 파킨슨병의 확실한 모델이었다. 그 후 그가 뇌가 도파민을 만드는 데 사용하는 화학적 전구체인 L-도파를 투여하자, 동물들은 다시 일어나 움직였다. 아르비드 칼손은 뇌의 특정 부위에 있는 특정 분자가 움직임을 담당하며, 이를 복구하면 기능이 회복된다는 것을 증명했다. 이는 신경과학 역사상 가장 명쾌한 실험 중 하나로 남아 있으며, 그가 만들어낸 치료법은 오늘날에도 파킨슨병의 주요 치료법이다.
룬드, 1941년
아르비드 칼손은 1923년 스웨덴 웁살라에서 태어났다. 아버지가 역사학 교수로 부임하면서 가족은 룬드로 이사했고, 칼손은 형제들과 달리 의학을 선택하여 1941년 룬드 대학교에 입학했다. 1944년, 그는 폴케 베르나도테(Folke Bernadotte)의 임무를 통해 나치 강제 수용소에서 구조된 포로들의 건강 검진에 참여했다. 이는 나중에 화학 연구에 평생을 바치게 될 그의 경력 초기, 인간 생리학의 극한을 마주한 형성적 경험이었다. 그는 1951년까지 의학 박사와 약리학 박사 학위를 모두 취득했다.
존재하지 말았어야 할 신경전달물질
칼손이 연구를 시작할 당시 지배적인 견해는 도파민이 흥미롭지 않으며, 단지 노르아드레날린을 생성하는 제조 사슬의 전구체일 뿐이라는 것이었다. 1957년, 그는 이것이 틀렸음을 증명했다. 도파민은 그 자체로 뇌 내의 신경전달물질이자 독립적인 신호 전달 분자였다.
증거는 두 부분으로 나뉘었다. 첫째, 그는 뇌 조직 내 도파민 농도를 측정하는 방법을 개발하여 도파민이 노르아드레날린과는 다른 뇌 영역에 집중되어 있음을 보여주었다. 이는 도파민이 단순한 중간 생성물이라면 말이 되지 않는 분포였다. 도파민은 운동을 관장하는 구조인 기저핵에 가장 많이 집중되어 있었다. 둘째는 레세르핀 실험이었다. 도파민을 고갈시키면 동물의 운동 기능이 저하되고, L-도파 치료로 그 장애가 역전되었다.
임상적 의미는 즉각적이고 엄청났다. 파킨슨병이 기저핵 내 도파민의 비정상적인 저하와 관련이 있다면, L-도파를 공급함으로써 이를 완화할 수 있을 것이었다. 실제로 효과가 있었다. L-도파는 표준 치료법이 되었고 지금도 유지되고 있다. 이는 기초 과학 측정에서 수백만 명에게 걷는 능력을 되찾아준 치료법으로 이어진 이례적으로 직접적인 경로였다.
항정신병 약물과 항우울제
칼손은 운동 연구에 그치지 않았다. 그는 항정신병 약물이 도파민 수용체를 차단함으로써 작용한다는 것을 밝혀냈는데, 이는 왜 효과가 있는지 아무도 정확히 알지 못한 채 경험적으로 발견되어 사용되던 약물군을 이해하기 위한 기계론적 기반을 제공했다.
그 후 그는 완전히 다른 전달 시스템으로 전환했다. 1970년대와 1980년대에 스웨덴 제약 회사 아스트라(Astra AB)와 협력하여 시장에 출시된 최초의 선택적 세로토닌 재흡수 억제제(SSRI)인 지멜리딘(zimelidine) 개발을 도왔다. 지멜리딘은 드문 부작용으로 인해 철회되었지만, 그것이 열어준 길은 플루옥세틴(프로작)으로 이어졌고, 우울증 치료를 재편한 전체 SSRI 계열로 발전했다.
이는 한 경력으로서는 놀라운 범위이다. 도파민 시스템과 세로토닌 시스템, 운동의 신경학과 기분의 약리학, 항정신병 약물의 메커니즘과 현대 항우울제의 기원까지 아우른다.
예테보리와 근본 원리
칼손은 경력 후반부를 예테보리 대학교 살그렌스카 아카데미의 교수로 보냈으며, 1963년 항정신병 약물이 뇌에 미치는 도파민의 영향을 어떻게 감소시키는지 밝혀낸 곳이 바로 그곳이었다. 아스트라 헤슬(Astra Hässle, 이후 아스트라제네카)과의 오랜 파트너십은 학계 약리학자로서는 이례적으로 생산적이었으며, 신경학을 훨씬 뛰어넘는 약물 목록에 기여했다. 프로작뿐만 아니라 셀로켄(Seloken), 젤미드(Zelmid), 플렌딜(Plendil), 로섹(Losec) 등이 그것이다.
그의 연구가 확립한 더 큰 주장은 단일 분자에 관한 것이 아니었다. 뇌 기능은 신경전달물질을 표적으로 하는 약리학적 개입을 통해 의도적으로 수정될 수 있다는 것인데, 이는 현대의 모든 신경 및 정신과 치료가 근본적으로 의존하는 원리이다. 칼손 자신이 발견한 것에 대한 요약은 그답게 직접적이었다. 그는 도파민이 "우리 뇌에서 일어나는 모든 일, 모든 중요한 기능에 관여한다"고 말했다.
아르비드가 천재라 불리는 이유
여기서의 특정 자질은 실험의 명쾌함, 즉 논쟁을 끝낼 만큼 결정적인 실증을 설계하는 능력이다. 칼손의 레세르핀과 L-도파 연구는 그 형식의 교과서적인 예이다. 물질을 고갈시키고, 결핍을 관찰하고, 물질을 복구하고, 회복을 관찰하는 것이다. 기술적으로 복잡한 요소는 전혀 없다. 그 힘은 프레이밍에 있으며, 동물에게 정확히 어떤 질문을 던져야 하는지 아는 데 있다.
그 이면에는 합의를 꿰뚫어 보는 더 어려운 성취가 있다. 도파민은 전구체로 분류되어 독립적인 가치가 없는 경로의 한 단계로 여겨졌다. 칼손은 도파민이 축적되는 위치를 관찰하고, 단순한 중간체로서는 분포가 잘못되었다는 점을 알아차렸으며, 이를 기록하는 대신 이상 현상을 추적했다. 이는 인식 가능한 인지적 특징으로, 맞지 않는 세부 사항을 진지하게 받아들이는 것이다.
반론도 언급할 가치가 있다. 칼손은 이론가가 아니었으며 일반적인 틀을 남기지 않았다. 그의 기여는 새로운 사고방식이라기보다는 아무리 중요하더라도 일련의 발견이었다. 연구의 대부분은 협력적이었고, 많은 그룹이 동시에 뇌 화학에 집중하던 분야에 속해 있었으며, 2000년 노벨상은 신호 전달에 관한 관련 연구를 수행한 폴 그린가드(Paul Greengard), 에릭 캔델(Eric Kandel)과 공동 수상했다. L-도파 치료법은 그 영향력에도 불구하고 증상을 치료할 뿐 근본적인 질병을 멈추지는 못한다. 또한 말년에는 자신의 전문 분야 밖의 입장을 취해 스웨덴의 수돗물 불소화에 반대했는데, 이는 한 분야에서의 탁월함이 다른 분야에서 아무것도 보장하지 않는다는 점을 상기시켜 준다.
솔직한 요약은 그의 천재성이 위대한 종합가보다는 위대한 실험가의 그것이었다는 점이다. 그는 자연에게 매우 잘 선택된 소수의 질문을 던졌고 의학을 바꾸는 답을 얻었다.
유산
칼손은 신경계의 신호 전달에 관한 발견으로 2000년 노벨 생리의학상을 그린가드, 캔델과 공동 수상했다. 그는 이미 1979년 울프 의학상, 1994년 일본 국제상, 1999년 펠트리넬리상을 수상한 바 있다.
그는 90대까지 계속 일하며 딸 레나(Lena)와 함께 도파민 안정제인 OSU6162를 연구했고, 70년이 지난 후에도 자신이 망각에서 구해낸 분자를 계속 추적했다. 그는 2018년에 사망했다. 그가 이룬 업적의 척도는 모든 신경과 클리닉에서 볼 수 있다. 도파민은 이제 누구나 아는 단어가 되었고, 파킨슨병에는 치료법이 있으며, 우울증에는 약리학이 있다. 이 세 가지 사실은 모두 분자가 다른 무언가로 가는 도중의 단순한 한 단계라는 것을 받아들이기를 거부한 스웨덴의 한 남자에게로 거슬러 올라간다.