Verifique a permissão desses diretórios:
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client_body_temp_path
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proxy_temp_path
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fastcgi_temp_path
É provável que um ou todos esses diretórios não sejam graváveis para o nginx. Essas pastas temporárias atuam como buffers para o nginx ao manipular solicitações grandes, se o nginx não puder gravar nelas, o nginx apenas retorna o conteúdo armazenado em sua memória.
Você também deve ver erros semelhantes aos abaixo em seus registros de erros, se não verificar seu nível de log / caminho de log novamente.
2013/10/07 11:01:09 [crit] 3307#0: *33 open() "/var/lib/nginx/tmp/proxy/2/00/0000000002" failed (13: Permission denied) while reading upstream