레이 세포(Leydig cell)는 포유류의 정소 내 정세관 사이의 간질 조직에 존재하는 특수한 내분비 세포다. 1850년 독일의 해부학자 프란츠 레이디히(Franz Leydig)에 의해 처음 발견되었으며, 그의 이름을 따서 명칭이 붙여졌다. 이 세포는 고환 전체 부피의 약 1~12%를 차지하며, 정자 형성 과정이 일어나는 정세관 주위의 느슨한 결합 조직 속에 무리를 지어 분포하는 특징을 보인다.

레이 세포의 가장 핵심적인 기능은 남성 호르몬인 안드로겐, 특히 테스토스테론을 생성하고 분비하는 것이다. 콜레스테롤을 원료로 하여 복잡한 효소 작용을 거쳐 합성된 테스토스테론은 혈류를 통해 전신으로 운반된다. 이는 남성의 2차 성징 발현, 근육 및 골격 발달, 성욕 유지 등에 결정적인 역할을 수행하며, 정세관 내의 정자 생성 과정이 원활하게 진행되도록 돕는 미세 환경을 조성하는 데 기여한다.

레이 세포의 활동은 뇌하수체 전엽에서 분비되는 황체형성호르몬(LH)에 의해 정밀하게 조절된다. 혈중 LH가 레이 세포 표면의 수용체에 결합하면 세포 내의 신호 전달 체계가 활성화되어 콜레스테롤이 미토콘드리아 내부로 이동하고 호르몬 합성이 촉진된다. 반대로 혈중 테스토스테론 농도가 일정 수준 이상으로 높아지면 음성 피드백 기전을 통해 시상하부와 뇌하수체를 억제하여 LH 분비량을 줄임으로써 체내 호르몬 균형을 유지한다.

세포의 형태학적 특징을 살펴보면, 레이 세포는 대개 다각형 모양을 띠며 세포질에는 활면소포체와 미토콘드리아가 풍부하게 발달해 있다. 이는 지질 대사와 스테로이드 호르몬 합성이 활발하게 일어나는 세포들의 전형적인 구조다. 또한 성숙한 인간의 레이 세포에서는 단백질이 결정화된 형태인 '라인케 결정(Reinke's crystal)'이 관찰되기도 하는데, 이는 다른 포유동물의 레이 세포에서는 보기 드문 인간만의 독특한 특징 중 하나로 꼽힌다.

레이 세포의 기능 저하나 세포 수의 감소는 남성 성선 기능 저하증의 직접적인 원인이 된다. 노화가 진행됨에 따라 레이 세포의 LH에 대한 반응성이 낮아지거나 숫자가 줄어들면 테스토스테론 수치가 급격히 하락하며, 이는 근감소증, 골다공증, 만성 피로 및 우울감 등 남성 갱년기 증상으로 이어진다. 따라서 레이 세포는 남성의 생식 능력뿐만 아니라 전반적인 신체 대사와 삶의 질을 유지하는 데 필수적인 생물학적 역할을 담당한다.