O verbo penar é apresentado por Celso Luft no Dicionário Prático de Regência Verbal como transitivo directo. Numa consulta pelo corpus Cetempúblico pude verificar que é, igualmente, utilizado como intransitivo. Não encontrei exemplos explícitos em que o verbo tenha uma determinada regência que obrigue a utilizar preposições.

Analisando os exemplos que dá, poderemos concluir que a informação veiculada pelas expressões introduzidas pela preposição é suplementar, estando o uso da preposição condicionado pelo sentido que se pretende veicular. Em ambos os exemplos «penar com a falta de respeito» ou «penar pela falta de respeito» o complemento (modificador em Portugal, com a aplicação da nova terminologia) veicula uma ideia de causa. Nessa circunstância pode ser utilizada a preposição com, por, ou outras expressões como devido a, por causa de, etc.

Por esse motivo creio que ambas as soluções são possíveis, dependendo a escolha do gosto de quem escreve.