OBJECTIVE Whether hyperglycemia in utero less than overt diabetes is associated with altered childhood glucose metabolism is unknown. We examined associations of gestational diabetes mellitus (GDM) not confounded by treatment with childhood glycemia in the Hyperglycemia and Adverse Pregnancy Outcome (HAPO) cohort. RESEARCH DESIGN AND METHODS HAPO Follow-up Study (FUS) included 4,160 children ages 10–14 years who completed all or part of an oral glucose tolerance test (OGTT) and whose mothers had a 75-g OGTT at ∼28 weeks of gestation with blinded glucose values. The primary predictor was GDM by World Health Organization criteria. Child outcomes were impaired fasting glucose (IFG), impaired glucose tolerance (IGT), and type 2 diabetes. Additional measures included insulin sensitivity and secretion and oral disposition index. RESULTS For mothers with GDM, 10.6% of children had IGT compared with 5.0% of children of mothers without GDM; IFG frequencies were 9.2% and 7.4%, respectively. Type 2 diabetes cases were too few for analysis. Odds ratios (95% CI) adjusted for family history of diabetes, maternal BMI, and child BMI z score were 1.09 (0.78–1.52) for IFG and 1.96 (1.41–2.73) for IGT. GDM was positively associated with child’s 30-min, 1-h, and 2-h but not fasting glucose and inversely associated with insulin sensitivity and oral disposition index (adjusted mean difference −76.3 [95% CI −130.3 to −22.4] and −0.12 [−0.17 to −0.064]), respectively, but not insulinogenic index. CONCLUSIONS Offspring exposed to untreated GDM in utero are insulin resistant with limited β-cell compensation compared with offspring of mothers without GDM. GDM is significantly and independently associated with childhood IGT.

Importance

 Neonates born to overweight or obese women are larger and at higher risk of birth complications. Many maternal obesity-related traits are observationally associated with birth weight, but the causal nature of these associations is uncertain. 

Objective

 To test for genetic evidence of causal associations of maternal body mass index (BMI) and related traits with birth weight. 

Design, Setting, and Participants

 Mendelian randomization to test whether maternal BMI and obesity-related traits are potentially causally related to offspring birth weight. Data from 30 487 women in 18 studies were analyzed. Participants were of European ancestry from population- or community-based studies in Europe, North America, or Australia and were part of the Early Growth Genetics Consortium. Live, term, singleton offspring born between 1929 and 2013 were included. 

Exposures

 Genetic scores for BMI, fasting glucose level, type 2 diabetes, systolic blood pressure (SBP), triglyceride level, high-density lipoprotein cholesterol (HDL-C) level, vitamin D status, and adiponectin level. 

Main Outcome and Measure

 Offspring birth weight from 18 studies. 

Results

 Among the 30 487 newborns the mean birth weight in the various cohorts ranged from 3325 g to 3679 g. The maternal genetic score for BMI was associated with a 2-g (95% CI, 0 to 3 g) higher offspring birth weight per maternal BMI-raising allele (P = .008). The maternal genetic scores for fasting glucose and SBP were also associated with birth weight with effect sizes of 8 g (95% CI, 6 to 10 g) per glucose-raising allele (P = 7 × 10⁻¹⁴) and −4 g (95% CI, −6 to −2g) per SBP-raising allele (P = 1×10⁻⁵), respectively. A 1-SD ( ≈ 4 points) genetically higher maternal BMI was associated with a 55-g higher offspring birth weight (95% CI, 17 to 93 g). A 1-SD ( ≈ 7.2 mg/dL) genetically higher maternal fasting glucose concentration was associated with 114-g higher offspring birth weight (95% CI, 80 to 147 g). However, a 1-SD ( ≈ 10 mm Hg) genetically higher maternal SBP was associated with a 208-g lower offspring birth weight (95% CI, −394 to −21 g). For BMI and fasting glucose, genetic associations were consistent with the observational associations, but for systolic blood pressure, the genetic and observational associations were in opposite directions. 

Conclusions and Relevance

 In this mendelian randomization study, genetically elevated maternal BMI and blood glucose levels were potentially causally associated with higher offspring birth weight, whereas genetically elevated maternal SBP was potentially causally related to lower birth weight. If replicated, these findings may have implications for counseling and managing pregnancies to avoid adverse weight-related birth outcomes.

Birth weight (BW) variation is influenced by fetal and maternal genetic and non-genetic factors, and has been reproducibly associated with future cardio-metabolic health outcomes. These associations have been proposed to reflect the lifelong consequences of an adverse intrauterine environment. In earlier work, we demonstrated that much of the negative correlation between BW and adult cardio-metabolic traits could instead be attributable to shared genetic effects. However, that work and other previous studies did not systematically distinguish the direct effects of an individual's own genotype on BW and subsequent disease risk from indirect effects of their mother's correlated genotype, mediated by the intrauterine environment. Here, we describe expanded genome-wide association analyses of own BW (n=321,223) and offspring BW (n=230,069 mothers), which identified 278 independent association signals influencing BW (214 novel). We used structural equation modelling to decompose the contributions of direct fetal and indirect maternal genetic influences on BW, implicating fetal- and maternal-specific mechanisms. We used Mendelian randomization to explore the causal relationships between factors influencing BW through fetal or maternal routes, for example, glycemic traits and blood pressure. Direct fetal genotype effects dominate the shared genetic contribution to the association between lower BW and higher type 2 diabetes risk, whereas the relationship between lower BW and higher later blood pressure (BP) is driven by a combination of indirect maternal and direct fetal genetic effects: indirect effects of maternal BP-raising genotypes act to reduce offspring BW, but only direct fetal genotype effects (once inherited) increase the offspring's later BP. Instrumental variable analysis using maternal BW-lowering genotypes to proxy for an adverse intrauterine environment provided no evidence that it causally raises offspring BP. In successfully separating fetal from maternal genetic effects, this work represents an important advance in genetic studies of perinatal outcomes, and shows that the association between lower BW and higher adult BP is attributable to genetic effects, and not to intrauterine programming.

Genome-wide association studies (GWAS) of birth weight have focused on fetal genetics, while relatively little is known about how maternal genetic variation influences fetal growth. We aimed to identify maternal genetic variants associated with birth weight that could highlight potentially relevant maternal determinants of fetal growth. We meta-analysed GWAS data on up to 8.7 million SNPs in up to 86,577 women of European descent from the Early Growth Genetics (EGG) Consortium and the UK Biobank. We used structural equation modelling (SEM) and analyses of mother-child pairs to quantify the separate maternal and fetal genetic effects. Maternal SNPs at 10 loci (MTNR1B, HMGA2, SH2B3, KCNAB1, L3MBTL3, GCK, EBF1, TCF7L2, ACTL9 and CYP3A7) showed evidence of association with offspring birth weight at P<5x10-8. The SEM analyses showed at least 7 of the 10 associations were consistent with effects of the maternal genotype acting via the intrauterine environment, rather than via effects of shared alleles with the fetus. Variants, or correlated proxies, at many of the loci had been previously associated with adult traits, including fasting glucose (MTNR1B, GCK and TCF7L2) and sex hormone levels (CYP3A7), and one (EBF1) with gestational duration. The identified associations indicate effects of maternal glucose, cytochrome P450 activity and gestational duration, and potential effects of maternal blood pressure and immune function on fetal growth. Further characterization of these associations, for example in mechanistic and causal analyses, will enhance understanding of the potentially modifiable maternal determinants of fetal growth, with the goal of reducing the morbidity and mortality associated with low and high birth weights.