O Nginx não usa keepalive com backends, então você deve desativá-lo em gunicorn. Também gostaria de começar a testar o nginx com 1 worker para que ele não concorra com o gunicorn por um cpu gratuito. Você pode precisar aumentar as conexões de trabalho se elas não forem recicladas rápido o suficiente.
Além disso, você nunca conseguirá o mesmo desempenho que o gunicorn bruto, já que o nginx introduz sua própria latência (embora baixa). Você poderia servir sua aplicação diretamente com gunicorn e ativos estáticos com nginx em outro domínio, isso tem algumas vantagens, como o tráfego limpo de cookies.