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인체에서 콜레스테롤 대사의 핵심과정을 밝힌 공로로 J.L. 골드스타인과 함께 1985년 노벨 생리학·의학상을 공동 수상했다. 1962년 필라델피아의 펜실베이니아대학교를 졸업했고, 1966년 동대학교 의과대학에서 의사자격을 취득했다. 그후 1966~68년에 보스턴의 매사추세츠 종합병원에서 수련의로 일하면서 동료인 골드스타인과 친구가 되었다. 1968~71년에 미국국립보건원에서 연구를 한 후에 텍사스의 댈러스에 있는 사우스웨스턴의과대학의 조교수가 되었으며, 그곳에서 동료인 골드스타인을 다시 만났다.

댈러스에서 두 사람은 높은 혈중 콜레스테롤 수치의 원인이 되는 유전적 요인들에 관해 함께 연구하기 시작했다. 그들은 비정상적으로 높은 혈중 콜레스테롤 수치로 인해 동맥경화증과 그밖의 다른 순환계 질환을 유발시키는 일종의 유전병인 가족성 콜레스테롤과잉혈증(familial hypercholesterolemia) 환자의 세포를 정상인의 세포와 비교했다. 그결과 그들은 병에 걸린 사람들에게서 1차 콜레스테롤을 운반하는 입자인 저밀도 지질단백질(low-density lipoproteins/LDL의 수용체 결핍을 일으키는 유전적 결함을 밝혀낼 수 있었다.

그들의 연구는 이러한 세포수용체들을, LDL 입자들이 분해되기 전에 세포 내로 끌어들임으로써 이들이 혈류로부터 제거된다는 사실을 밝혔다. 또한 두 사람은 그러한 지질단백질을 포획한 세포들은 새로운 LDL 수용체를 더 이상 만들지 못하게 억제된다는 것도 발견하여, 혈류로부터 콜레스테롤을 제거하는 자연적인 작용이 신체 내에 있음에도 불구하고 어떻게 고콜레스테롤 음식이 혈중 콜레스테롤 수치를 높일 수 있는지를 보여주었다. 그후 브라운은 골드스타인과 공동으로 혈중 콜레스테롤 수치를 낮추는 데 효과적인 약품을 연구·개발하고 LDL 수용체의 기본적인 유전암호를 찾는 연구를 계속했다. 1977년부터는 댈러스에 있는 유전질환 센터의 교수 겸 소장으로 재직하고 있다.