Eu vi algo muito parecido. Eu tenho um cartão SIM com dados ilimitados / sem limite. O próprio iPhone chega a 40Mbps aqui no LTE. Quando eu amarro meu iPhone 6s ao meu Macbook via USB, também obtenho a velocidade LTE completa para minha localização (em torno de 40 Mbps). Se eu amarrar usando WiFi, ele fica em cerca de 5Mbps.
Ele também se limita a 5.x Mbps se eu colocar este cartão SIM em um roteador LTE portátil e conectar o Macbook via Wi-Fi ao roteador LTE. Isso vale mesmo se eu usar uma VPN ou não. Não faz diferença.
Minha teoria atual de trabalho é que o iPhone não diminui o TTL do pacote quando está no modo de cabo USB, mas o faz quando no modo de conexão WiFi. Então eu estou supondo que minha operadora de rede verifica o TTL dos pacotes e adiciona um limite se o TTL não corresponder a um determinado esquema.