本发明公开了一种用于肥胖及相关代谢性疾病治疗的多肽组合物及其应用。所述多肽组合物包含多肽1和多肽2,其中多肽1氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示,可特异性结合MSCs表面CD105受体及脂肪细胞AdipoR1受体;多肽2氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示,能够靶向脂肪组织并调控糖脂代谢。通过将该多肽组合物与脂肪来源间充质干细胞(MSCs)联合应用于高脂饮食肥胖小鼠模型,结果显示该组合物在降低体脂、改善脂肪组织形态、调节血清代谢因子和炎症因子方面表现出显著协同作用,且无明显器官毒性。本发明为肥胖及相关代谢性疾病的治疗提供了新的有效策略和安全可靠的药物组合物。